ダイナミックな相互作用が駆動する相分離機構 -溶液NMR法で明らかにした天然変性領域の役割-

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2026-05-21 理化学研究所,バイオ産業情報化コンソーシアム,東京大学

RIKEN、Bioindustry Information Consortium、The University of Tokyoの共同研究グループは、RNAヘリカーゼ「DDX3X」がストレス顆粒形成を駆動する分子機構を解明した。研究では、DDX3Xの天然変性領域(IDR)が、RNA中のグアニン4重鎖(GQ)構造を選択的に認識し、液-液相分離(LLPS)を誘導することを、溶液NMR法によって明らかにした。さらに、アルギニンや芳香族アミノ酸を介した弱く多価的な動的相互作用が、ストレス顆粒形成の鍵となることを示した。GQ RNAを持つmRNAはG3BP1と共に顆粒へ選択的に局在し、翻訳制御に関与することも確認された。本成果は、非膜オルガネラ形成機構や神経変性疾患との関連理解を深めるとともに、従来標的化が難しかった相分離現象を対象とする新しい創薬技術開発につながる可能性がある。研究成果はJACSに掲載された。

ダイナミックな相互作用が駆動する相分離機構 -溶液NMR法で明らかにした天然変性領域の役割-
DDX3XがmRNAを選択的に認識し、翻訳制御を行う分子機構の模式図

<関連情報>

DEADボックスRNAヘリカーゼDDX3XのN末端内在性無秩序領域における動的相互作用によって駆動される相分離 Phase Separation Driven by Dynamic Interactions in the N-Terminal Intrinsically Disordered Region of the DEAD-Box RNA Helicase DDX3X

Yuki Toyama,Shinichiro Inakami,Masaharu Takarada,Kohki Okabe,Koh Takeuchi,and Ichio Shimada
Journal of the American Chemical Society  Published:May 20, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.5c22149

Abstract

The formation of membraneless organelles via liquid–liquid phase separation (LLPS) of proteins and RNAs has emerged as a central mechanism of cellular compartmentalization to finely regulate biological processes. DDX3X, a member of the DEAD-box RNA helicase family, is one of the global regulators of RNA-containing phase-separated organelles. While the importance of DDX3X in organelle formation is well-recognized, the molecular mechanisms underlying its RNA-driven LLPS remain poorly understood. In this study, we focused on the dynamic interactions between the N-terminal intrinsically disordered region (N-IDR) of DDX3X and G-quadruplex (GQ) RNA, which is a key regulator of physiological membraneless organelle assembly owing to its unique ability to promote LLPS. Using solution nuclear magnetic resonance spectroscopy, we identified hotspot regions for self-assembly within the N-IDR. These regions comprise charged stretches interspersed with key aromatic residues, whose interactions drive LLPS through a combination of electrostatic and π-interactions. Binding of GQ RNA effectively strengthens intermolecular interactions involving the arginine-rich segments of the N-IDR, providing molecular insights into its RNA-driven LLPS. We further discuss the functional implications of GQ-specific granule formation under stress conditions, highlighting the potential roles of DDX3X-GQ RNA interplay in cellular translational regulation.

生物化学工学
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