StrukturBearbeiten

Ein MS2-Virion (Viruspartikel) hat einen elektronenmikroskopisch bestimmten Durchmesser von etwa 27 nm. Es besteht aus einer Kopie des Reifungsproteins und 180 Kopien des Hüllproteins (organisiert als 90 Dimere), die in einer ikosaedrischen Hülle mit der Triangulationszahl T=3 angeordnet sind und die genomische RNA im Inneren schützen. Das Virion hat einen isoelektrischen Punkt (pI) von 3,9.

Die Struktur des Hüllproteins ist ein fünfsträngiges β-Faltblatt mit zwei α-Helices und einer Haarnadel. Wenn das Kapsid zusammengebaut ist, sind die Helices und die Haarnadel zur Außenseite des Partikels gerichtet, während das β-Faltblatt zum Inneren zeigt.

GenomeEdit

Das MS2-Genom ist eines der kleinsten bekannten Genome und besteht aus 3569 Nukleotiden einzelsträngiger RNA. Es kodiert nur vier Proteine: das Reifungsprotein (A-Protein), das Lyseprotein, das Hüllprotein und das Replikaseprotein. Das Gen, das für das Lyseprotein (lys) kodiert, überschneidet sich sowohl mit dem 3′-Ende des stromaufwärts gelegenen Gens (cp) als auch mit dem 5′-Ende des stromabwärts gelegenen Gens (rep) und war damit eines der ersten bekannten Beispiele für überlappende Gene. Das Genom der positiv-strängigen RNA dient als Boten-RNA und wird bei der viralen Entschichtung in der Wirtszelle übersetzt. Obwohl die vier Proteine von derselben Boten-/Virus-RNA kodiert werden, werden sie nicht alle auf demselben Niveau exprimiert; die Expression dieser Proteine wird durch ein komplexes Zusammenspiel zwischen Translation und RNA-Sekundärstruktur reguliert.

LebenszyklusBearbeiten

MS2 infiziert Darmbakterien, die den Fertilitätsfaktor (F) tragen, ein Plasmid, das es den Zellen ermöglicht, als DNA-Spender bei der bakteriellen Konjugation zu dienen. Gene auf dem F-Plasmid führen zur Produktion eines F-Pilus, der als viraler Rezeptor dient. MS2 heftet sich über sein einziges Reifungsprotein an die Seite des Pilus. Der genaue Mechanismus, durch den die Phagen-RNA in das Bakterium gelangt, ist nicht bekannt.

Nachdem die virale RNA in die Zelle gelangt ist, beginnt sie, als Boten-RNA für die Produktion von Phagenproteinen zu fungieren. Das Gen für das am häufigsten vorkommende Protein, das Hüllprotein, kann sofort übersetzt werden. Der Translationsbeginn des Replikase-Gens ist normalerweise in der RNA-Sekundärstruktur verborgen, kann aber vorübergehend geöffnet werden, wenn Ribosomen das Hüllprotein-Gen passieren. Die Replikase-Translation wird ebenfalls unterbrochen, sobald große Mengen an Hüllprotein gebildet wurden; Hüllprotein-Dimere binden und stabilisieren die RNA-„Operator-Haarnadel“ und blockieren den Replikase-Start. Der Start des Reifungsproteingens ist in der replizierten RNA zugänglich, in der fertigen MS2-RNA jedoch in der RNA-Sekundärstruktur verborgen; dadurch wird sichergestellt, dass nur sehr wenige Kopien des Reifungsproteins pro RNA translatiert werden. Schließlich kann das Lysisprotein-Gen nur von Ribosomen initiiert werden, die die Translation des Hüllprotein-Gens abgeschlossen haben und zum Beginn des Lysisprotein-Gens „zurückschlüpfen“, und zwar mit einer Häufigkeit von etwa 5 %.

Die Replikation des MS2-Plus-Strang-Genoms erfordert die Synthese der komplementären Minus-Strang-RNA, die dann als Vorlage für die Synthese einer neuen Plus-Strang-RNA verwendet werden kann. Die MS2-Replikation ist weit weniger gut untersucht als die Replikation des sehr verwandten Bakteriophagen Qβ, was zum Teil daran liegt, dass die MS2-Replikase schwer zu isolieren ist, aber wahrscheinlich ähnlich ist.

Man nimmt an, dass die Bildung des Virions durch die Bindung des Reifungsproteins an die MS2-RNA eingeleitet wird; tatsächlich ist der Komplex aus Reifungsprotein und RNA infektiös. Der Zusammenbau der ikosaedrischen Hülle oder des Kapsids aus Hüllproteinen kann in Abwesenheit von RNA erfolgen; der Zusammenbau des Kapsids wird jedoch durch die Bindung des Hüllprotein-Dimers an die Operator-Haarnadel ausgelöst, und der Zusammenbau erfolgt bei viel geringeren Konzentrationen des Hüllproteins, wenn MS2-RNA vorhanden ist.

Die bakterielle Lyse und die Freisetzung neu gebildeter Virionen erfolgt, wenn sich ausreichend Lyseprotein angesammelt hat. Das Lysisprotein (L) bildet Poren in der Zytoplasmamembran, was zum Verlust des Membranpotentials und zum Abbau der Zellwand führt. Es ist bekannt, dass das Lysisprotein über einen wichtigen P330-Rest an DnaJ bindet. Ein LS-Dipeptid-Motiv auf dem L-Protein ist in der gesamten Gattung Levivirus zu finden und scheint für die Lyseaktivität wesentlich zu sein, obwohl ihre unterschiedlichen Positionen darauf hindeuten, dass sie sich unabhängig voneinander entwickelt haben.