自然免疫応答を制御する~本鎖核酸分解メカニズムを解明~

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2025-12-19 東京大学

東京大学大学院薬学系研究科を中心とする研究グループは、自然免疫応答を制御するリソソーム内酵素PLD3およびPLD4が、一本鎖核酸を分解する分子メカニズムを解明した。クライオ電子顕微鏡単粒子解析により、基質非結合状態(アポ構造)、基質結合構造、切断直後の生成物結合構造を取得し、PLD3が分解対象に応じて基質結合ポケットを再構築することを発見した。さらに、切断後の核酸が放出され、次の切断反応へ移行する際に経由する準安定状態を可視化し、PLD3/PLD4が末端から連続的かつ効率的に一本鎖核酸を分解する仕組みを明らかにした。本成果は、PLD3・PLD4の遺伝子多型に関連する神経変性疾患や炎症性疾患の新規治療法開発に資する基礎知見であり、2025年12月11日にNature Communications誌に掲載された。

自然免疫応答を制御する~本鎖核酸分解メカニズムを解明~
PLD3 による一本鎖 DNA の認識

<関連情報>

構造スナップショットからリソソームエキソヌクレアーゼPLD3とPLD4による一本鎖DNA分解のメカニズムの洞察 Mechanistic insights into single-stranded DNA degradation by lysosomal exonucleases PLD3 and PLD4 from structural snapshots

Yoshinori Hirano,Wakiko Ezaki,Ryota Sato,Umeharu Ohto,Kensuke Miyake & Toshiyuki Shimizu
Nature Communications  Published:11 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-66261-2

We are providing an unedited version of this manuscript to give early access to its findings. Before final publication, the manuscript will undergo further editing. Please note there may be errors present which affect the content, and all legal disclaimers apply.

Abstract

Lysosomal exonuclease phospholipase D (PLD) family PLD3 and PLD4 degrade single-stranded RNA or DNA and regulate TLR7 or TLR9 responses. Polymorphisms of these enzymes are associated with human diseases: PLD4 is associated with inflammatory diseases, and PLD3 is associated with neurodegenerative diseases. Here, we determine the structures of substrate-bound PLD3 and PLD4 by cryo-electron microscopy. Our structures reveal that PLD3 rebuilds a substrate-binding pocket, depending on the substrate, mainly via motion of the Phe335-containing loop. Furthermore, we captured the structure in a metastable state that appears during substrate rearrangement following product release. Together, our findings identify the residues that underlie the distinct activities of PLD3 and PLD4. This study provides a mechanistic basis for the exonuclease activity of PLD3 and PLD4 in single-stranded DNA degradation.

細胞遺伝子工学
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