微生物Xの献身 ―細胞死を誘導する新規メッセージ物質を発見!―

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2026-06-25 東京大学

東京大学の研究グループは、III-D2型CRISPR-Casシステムがファージ感染を防ぐ新たな分子機構を解明した。III-D2型CRISPR-Cas複合体は、ガイドRNAがファージ由来RNAを認識すると、Cas10酵素がATPとS-アデノシルメチオニン(SAM)から既知のシグナル分子SAM-AMPに加え、新規セカンドメッセンジャーSAM-AMP2を合成することを発見した。クライオ電子顕微鏡による構造解析から、Cas10活性部位でSAM-AMPを経由してSAM-AMP2が生成される分子機構を明らかにした。さらに、SAM-AMPとSAM-AMP2は膜タンパク質CorAを活性化して感染細胞の細胞死を誘導し、ファージの増殖を阻止することで細菌集団全体を保護することが判明した。SAM-AMP2はこれまで知られていなかった新規シグナル分子であり、本研究はCRISPR-Casシステムの多様な免疫機構を拡張するとともに、原核生物における新たな細胞内情報伝達機構を示した成果である。今後はCorA活性化や毒素–抗毒素モジュールの役割解明が期待される。

微生物Xの献身 ―細胞死を誘導する新規メッセージ物質を発見!―
III-D2型CRISPR-Casシステムによる抗ファージ防御機構

<関連情報>

III-D2型CRISPRエフェクター複合体によるSAM-AMPおよびSAM-AMP2合成の構造メカニズム Structural mechanism of SAM-AMP and SAM-AMP2 synthesis by the type III-D2 CRISPR effector complex

Yoshihisa Mitsuda,Maki Sugaya,Junichiro Ishikawa,Naoto Nagahata,Sae Okazaki,Masahiro Hiraizumi,Kazuki Kato,Jonathan S. Gootenberg,Omar O. Abudayyeh,Tsuyoshi Osawa,Keitaro Yamashita & Hiroshi Nishimasu
Nature Communications  Published:24 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-74422-0

Abstract

The type III-D2 CRISPR-Cas system comprises multiple Cas subunits and a CRISPR RNA, and is likely an evolutionary intermediate between the well-studied type III-A and III-E systems. Here we show that the type III-D2 complex synthesizes two distinct second messengers, SAM-AMP and SAM-AMP2, from S-adenosylmethionine (SAM) and ATP in response to target RNA recognition. We determined cryo-electron microscopy structures of the type III-D2 effector complex in different functional states, providing mechanistic insights into target RNA cleavage and second messenger synthesis. The structures reveal how SAM and ATP are recognized by the Cas10 subunit within the effector complex. Furthermore, our biological data suggest that both SAM-AMP and SAM-AMP2 act on the CorA ancillary effector, inducing growth arrest of infected bacterial cells and thereby conferring immunity. Thus, our study establishes the type III-D2 system as a unique anti-phage defense mechanism that employs both SAM-AMP and SAM-AMP2 as second messengers, expanding the repertoire of second messenger strategies in bacterial defense systems and highlighting the remarkable functional diversity of CRISPR-Cas systems.

細胞遺伝子工学
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