Summary Many eukaryotic viruses assemble mature particles within distinct subcellular compartments, but bacteriophages were long assumed to assemble randomly throughout the host cell cytoplasm. Here we visualized the subcellular location of viral particles formed during replication of Pseudomonas nucleus-forming jumbo phages and discovered that they assemble a unique structure inside cells we term phage bouquets. We show that after capsids complete DNA packaging at the surface of the phage nucleus, tails assemble and attach to the capsids, and these particles accumulate to form bouquets at specific subcellular locations. In these bouquets, the viral particles are arranged in a spherical pattern with tails oriented inward and the heads outwards. Localized at fixed distances on either side of the phage nucleus, bouquets grow in size and number over time as new phage particles are added. In the presence of mutations that cause the phage nucleus to be mispositioned away from its typical position at the midcell, bouquets still localize at the same fixed distance from the nucleus, suggesting an active mechanism for their formation and positioning. These results mark the discovery of a pathway for organizing mature viral particles inside bacteria and demonstrate that nucleus-forming jumbo phage, like most eukaryotic viruses, are highly spatially organized during all stages of their lytic cycle.

Medicinal plants produce various bioactive molecules with potential anti-cancer properties with favorable safety profiles. We aimed to investigate the comprehensive composition of Vernonia amygdalina leaf extract and its cytotoxic effects via apoptosis in HeLa cells. The metabolomics approach using LC-MS/MS was conducted to gather the metabolite profile of the extract. Proteomics was performed to understand the comprehensive mechanistic pathways of action. The apoptosis was visualized by cellular staining and the apoptotic proteins were evaluated. V. amygdalina leaf extract exhibited dose-dependent cytotoxic effects on both HeLa and Vero cells after 24 h of exposure in the MTT assay with the IC50 values of 0.767 ± 0.0334 and 4.043 ± 0.469 µg mL−1, respectively, which demonstrated a higher concentration required for Vero cell cytotoxicity. The metabolomic profile of 112 known metabolites specified that the majority of them were alkaloids, phenolic compounds, and steroids. Among these metabolites, deacetylvindoline and licochalcone B were suggested to implicate cytotoxicity. The cytotoxic pathways involved the response to stress and cell death which was similar to doxorubicin. The upstream regulatory proteins, phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten (PTEN) and X-box binding protein 1 (XBP1), were significantly altered, supporting the regulation of apoptosis and cell death. The levels of apoptotic proteins, c-Jun N-terminal kinases (JNK), p53, and caspase-9 were significantly increased. The novel insights gained from the metabolomic profiling and proteomic pathway analysis of V. amygdalina leaf extract have identified crucial components related to apoptosis induction, highlighting its potential to develop future chemotherapy.

Targeting proteins to specific subcellular destinations is essential in prokaryotes, eukaryotes, and the viruses that infect them. Chimalliviridae phages encapsulate their genomes in a nucleus-like replication compartment composed of the protein chimallin (ChmA) that excludes ribosomes and decouples transcription from translation. These phages selectively partition proteins between the phage nucleus and the bacterial cytoplasm. Currently, the genes and signals that govern selective protein import into the phage nucleus are unknown. Here we identify two components of this novel protein import pathway: a species-specific surface-exposed region of a phage intranuclear protein required for nuclear entry and a conserved protein, PicA, that facilitates cargo protein trafficking across the phage nuclear shell. We also identify a defective cargo protein that is targeted to PicA on the nuclear periphery but fails to enter the nucleus, providing insight into the mechanism of nuclear protein trafficking. Using CRISPRi-ART protein expression knockdown of PicA, we show that PicA is essential early in the chimallivirus replication cycle. Together our results allow us to propose a multistep model for the Protein Import Chimallivirus (PIC) pathway, where proteins are targeted to PicA by amino acids on their surface, and then licensed by PicA for nuclear entry. The divergence in the selectivity of this pathway between closely-related chimalliviruses implicates its role as a key player in the evolutionary arms race between competing phages and their hosts.

Large-genome bacteriophages (jumbo phages) of the Chimalliviridae family assemble a nucleus-like compartment bounded by a protein shell that protects the replicating phage genome from host-encoded restriction enzymes and CRISPR/Cas nucleases. While the nuclear shell provides broad protection against host nucleases, it necessitates transport of mRNA out of the nucleus-like compartment for translation by host ribosomes, and transport of specific proteins into the nucleus-like compartment to support DNA replication and mRNA transcription. Here we identify a conserved phage nuclear shell-associated protein that we term Chimallin C (ChmC), which adopts a nucleic acid-binding fold, binds RNA with high affinity in vitro, and binds phage mRNAs in infected cells. ChmC also forms phase-separated condensates with RNA in vitro. Targeted knockdown of ChmC using mRNA-targeting dCas13d halts infections at an early stage. Taken together, our data suggest that the conserved ChmC protein acts as a chaperone for phage mRNAs, potentially stabilizing these mRNAs and driving their translocation through the nuclear shell to promote translation and infection progression.

In the arms race between bacteria and bacteriophages (phages), some large-genome jumbo phages have evolved a protein shell that encloses their replicating genome to protect it against DNA-targeting immune factors. By segregating the genome from the host cytoplasm, however, the "phage nucleus" introduces the need to specifically transport mRNA and proteins through the nuclear shell, and to dock capsids on the shell for genome packaging. Here, we use proximity labeling and localization mapping to systematically identify proteins associated with the major nuclear shell protein chimallin (ChmA) and other distinctive structures assembled by these phages. We identify six uncharacterized nuclear shell-associated proteins, one of which directly interacts with self-assembled ChmA. The structure and protein-protein interaction network of this protein, which we term ChmB, suggests that it forms pores in the ChmA lattice that serve as docking sites for capsid genome packaging, and may also participate in mRNA and/or protein transport.

Antibacterial proteins inhibiting