バクテリオファージMS2

バクテリオファージMS2（以下MS2）は正20面体の一本鎖 (+) RNAウイルスである。MS2は大腸菌に感染するvan Duin J, Tsareva N. Single-stranded RNA phages. Chapter 15 (pp. 175-196) in: Calendar RL (ed.), The Bacteriophages (Second Edition).  Oxford University Press, 2006.。

 歴史 
1961年、MS2はAlvin John Clarkによって単離され、バクテリオファージ f2とよく似たRNAを持つファージである事が分かったDavis JE, Strauss JH, Sinsheimer RL. Bacteriophage MS2: another RNA phage. 1961 November 3; 134(3488):1427.。そして1972年、Walter FierをはじめとするチームによってMS2 coatタンパク質（キャプシド形成タンパク質）遺伝子の完全長シークエンス解析が行われたMin Jou W, Haegeman G, Ysebaert M, Fiers W., Nucleotide sequence of the gene coding for the bacteriophage MS2 coat protein, Nature. 1972 May 12;237(5350):82-8。その後、1976年にMS2は完全長のゲノムを読まれた初めてのウイルスとなったFiers W, Contreras R, Duerinck F, Haegeman G, Iserentant D, Merregaert J, Min Jou W, Molemans F, Raeymaekers A, Van den Berghe A, Volckaert G, Ysebaert M., Complete nucleotide sequence of bacteriophage MS2 RNA: primary and secondary structure of the replicase gene, Nature. 1976 April 8;260(5551):500-7.。また、これらのシークエンスはRNAレベルで決定されていたが、これに続き、DNAを用いたゲノムシークエンスがバクテリオファージΦX174で達成されたSanger, FF, et al. 1977. “Nucleotide sequence of bacteriophage phi X174 DNA.” Nature 265(5596): 687-95.。

 MS2の詳細 
MS2ゲノムは3569塩基のRNAからなり、最も小さいゲノムのひとつである。

MS2ゲノムは以下の4つの遺伝子からなる。
maturation遺伝子（A遺伝子）大腸菌の性繊毛に取り付き、感染するためのタンパク質。MS2ゲノムRNAの両端に結合するTADAYOSHI SHIBA and YURIE SUZUKI. LOCALIZATION OF A PROTEIN IN THE RNA-A PROTEIN COMPLEX OF RNA PHAGE MS2. Biochirnica et Biophysica Acta, 654 (1981) 249-255.。MS2ゲノムRNAと混合するだけで感染能を持つことが出来るTADAYOSHI SHIBA and TADASHI MIYAKE. New type of infectious complex of E.coli RNA phage. Nature Vol.254 p157-158 March 13 1975.。
coat遺伝子MS2のキャプシドを形成するタンパク質。
lysis遺伝子大腸菌を溶菌させるタンパク質。
replicase遺伝子MS2ゲノムRNAを複製するタンパク質。

MS2ウイルスは直径が約27 nm（電子顕微鏡での観察によるStrauss JH, Sinsheimer RL. Purification and properties of bacteriophage MS2 and of its ribonucleic acid. J Mol Biol. 1963 Jul;7:43-54）で、1つの感染タンパク質と180個のcoatタンパク質から作られる。このcoatタンパク質が二量体を作り、この二量体が90個集まって正20面体のキャプシドを形成する。また、T数はT=3である。キャプシドはゲノムRNAを内包しているValegård K, Lilias L, Fridborg K, Unge T.  The three-dimensional structure of the bacterial virus MS2. Nature 1990 May 3;345(6270):36-41。このウイルスの等電点（pI）は3.9であるDowd, et al., Delineating the Specific Influence of Virus Isoelectric Point and Size on Virus Adsorption and Transport Through Sandy Soils, AEM, 64:2, 1998。

MS2は性繊毛をもつ大腸菌にのみ感染する。MS2キャプシドが性繊毛の側面に取り付きToropova, K., P. G. Stockley, et al. (2011). "Visualising a viral RNA genome poised for release from its receptor complex." J Mol Biol 408(3): 408-419.、Maturationタンパク質によって大腸菌内へとゲノムRNAが挿入される。MS2のゲノムRNAが大腸菌に取り込まれる正確な仕組みはまだ良く解明されていない。一度MS2のゲノムRNAが大腸菌内に入ると、mRNAとして機能し、MS2のタンパク質の翻訳を始める。まず、coat遺伝子が翻訳される。replicase遺伝子、maturation遺伝子の翻訳開始地点はRNAの二次構造によって翻訳を阻害されている。replicase遺伝子の翻訳開始地点は、coat遺伝子の翻訳が進みリボソームがゲノムRNAを通過することによって二次構造が一時的に解除され、翻訳が開始する。さらにreplicase遺伝子の翻訳は、coatタンパク質が、replicase遺伝子の転写因子結合領域（TR配列）に結合することによって阻害される。これにより、coatタンパク質が蓄積されるにつれreplicase遺伝子の翻訳が抑制される。この転写調節領域はステムループ構造（ヘアピン構造）を取り、そこにcoatタンパク質の二量体が結合する。maturation遺伝子の翻訳開始地点では、ゲノムRNAが複製される際に二次構造が解除され、maturationの翻訳が開始される。このため、RNA一分子あたりのmaturationタンパク質は一個もしくはとても少ない量となる。lysis遺伝子はcoat遺伝子が翻訳された後、リボソームがslip backする事によって初めて翻訳が開始される。これは約5%ととても低い確率で起こる事が知られている。

+鎖のMS2ゲノムRNAは-鎖のRNAが鋳型となって合成される。MS2 RNAの複製はバクテリオファージ Ｑβに比べてあまり解明されていない。これはMS2のreplicaseタンパク質を単離するのが難しいからである。しかし、MS2のreplicaseはＱβのものと非常に良く似ている。

MS2の形成はmaturationタンパク質とMS2ゲノムRNAが結合することによって開始されると考えられている。事実としてMS2ゲノムRNAと混合するだけで感染能を持つことが出来る事が知られている。正20面体のキャプシドのアセンブリでは、coatタンパク質の二量体がMS2ゲノムRNAのヘアピン構造に結合することで、アセンブリ起点となる核を形成し、反応が進んでいくと考えられている。このキャプシドのアセンブリはcoatタンパク質だけ、つまりRNA無しでも起こる。しかしRNAが無い場合はRNAが有る場合と比べてアセンブリが起こり辛い。

Lysisタンパク質が十分な量蓄積されると、大腸菌内で作られたMS2ウイルスを大腸菌外へ放出させる。Lysisタンパク質は細胞膜に穴を開け、膜電位を消失させ、細胞壁を破壊する。

 派生技術 
MS2の転写因子結合領域（TR配列）とCoat遺伝子が結合する事を利用し、細胞内mRNAの局在を可視化する研究Nevo-Dinur, K., A. Nussbaum-Shochat, et al. (2011). "Translation-independent localization of mRNA in E. coli." Science 331(6020): 1081-1084.や、細胞内mRNA量を定量化する研究Golding, I., J. Paulsson, et al. (2005). "Real-time kinetics of gene activity in individual bacteria." Cell 123(6): 1025-1036.が行われている。

 その他のウイルス 
 bacteriophage f2（:en:bacteriophage f2）
 bacteriophage Qβ（:en:bacteriophage Qβ）
 Phi-X174 phage（:en:Phi-X174 phage）
 Bacteriophage（:en:Bacteriophage）

 脚注 

 外部リンク 
 Complete genome (also isolates R17, DL16, and J20)

Category:リボウィリア
Category:RNAウイルス