生物学の常識を覆す、「両利き」機能を持つ古代タンパク質~核酸結合タンパク質の進化的歴史に関する新たな手がかり~

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2025-06-19 東京科学大学

東京科学大学ELSIらの国際研究チームは、DNAやRNAに結合する古代の核酸結合タンパク質モチーフ「HhH」が、天然型と鏡像型の両方の核酸に結合できる「機能的両利き性」を初めて発見した。これは、生命分子の“利き手”(キラリティー)が機能に強く影響するとされてきた常識を覆す成果。鏡像型タンパク質と天然DNAの結合を実験とシミュレーションで確認し、結合速度や様式も高い類似性を示した。この発見は、生命の進化や“鏡像生命”の可能性を探る新たな手がかりとなる。

生物学の常識を覆す、「両利き」機能を持つ古代タンパク質~核酸結合タンパク質の進化的歴史に関する新たな手がかり~図 「機能的両利き性」を持つ(HhH)2フォールド。簡略化された (HhH)2フォールドタンパク質が、天然型および鏡像型の二本鎖DNAに結合している。2つの結合モードにおける結合面は一部重なっている

<関連情報>

古代の核酸結合ドメインの機能的両利き性 Functional Ambidexterity of an Ancient Nucleic Acid-Binding Domain

Orit Weil-Ktorza, Segev Naveh-Tassa, Yael Fridmann-Sirkis, Dragana Despotović, Kesava Phaneendra Cherukuri, Tatsuya Corlett, Yaakov Levy, Norman Metanis, Liam M. Longo
Angewandte Chemie International Edition  Published: 28 March 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.202505188

Abstract

The helix-hairpin-helix (HhH) motif is an ancient and ubiquitous nucleic acid-binding element that has emerged as a model system for studying the evolution of dsDNA-binding domains from simple peptides that phase separate with RNA. We analyzed the entire putative evolutionary trajectory of the HhH motif – from a flexible peptide to a folded domain – for functional robustness to total chiral inversion. Against expectations, functional “ambidexterity” was observed for both the phase separation of HhH peptides with RNA and binding of the duplicated (HhH)2-Fold to dsDNA. Moreover, dissociation kinetics, mutational analysis, and molecular dynamics simulations revealed an overlap between the binding modes adopted by the natural and mirror-image proteins to natural dsDNA. The similarity of several dissociation phases upon chiral inversion may reflect the history of (HhH)2-Fold binding, with the ultimate emergence of a high-affinity binding mode, supported by a bridging metal ion, depopulating but not displacing more primitive (potentially ambidextrous) modes. These data underscore the surprising functional robustness of the HhH protein family and suggest that the veil between worlds with alternative chiral preferences may not be as impenetrable as is often assumed.

細胞遺伝子工学
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