非常識にもほどがある2 ―DRT3bによる核酸鋳型不要のDNA合成―

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2026-07-29 東京大学

東京大学とコロンビア大学の共同研究グループは、細菌の抗ファージ防御機構「DRT3システム」の分子メカニズムを解明し、DRT3bが核酸を鋳型とせずタンパク質中のアミノ酸残基を鋳型としてDNAを合成することを発見した。DRT3システムは2種類の逆転写酵素(DRT3a、DRT3b)と非コードRNAから構成され、DRT3aはRNAを鋳型にTG配列を繰り返すDNAを合成する一方、DRT3bはE22とR241というアミノ酸残基を利用してCA配列を繰り返すDNAを合成する。クライオ電子顕微鏡解析により、この前例のないDNA合成機構を構造レベルで解明した。両酵素が合成した相補的DNAは二本鎖DNAを形成し、ファージ感染時に蓄積して感染細胞の細胞死(アボーティブ感染)を誘導し、細菌集団全体を保護すると考えられる。本成果は、細菌の新たな感染防御戦略を明らかにするとともに、「DNAは核酸を鋳型に合成される」という従来の常識を覆し、タンパク質がDNA配列を規定する新しい生命現象を示した。

非常識にもほどがある2 ―DRT3bによる核酸鋳型不要のDNA合成―
DRT3システムによる抗ファージ防御機構

<関連情報>

二重逆転写酵素免疫システムによるRNAおよびタンパク質を鋳型とした二本鎖DNAの協調合成 Coordinated RNA- and protein-templated synthesis of double-stranded DNA by a dual reverse transcriptase immune system

Megan Wang ∙ Kanta Yoneyama ∙ Rimantė Žedaveinytė ∙ … ∙ Keitaro Yamashita ∙ Hiroshi Nishimasu ∙ Samuel H. Sternberg
Cell  Published:July 28, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.07.012

Highlights

  • DRT3 pairs two reverse transcriptases to make dsDNA for antiphage defense
  • DRT3a is RNA-templated, and DRT3b synthesizes DNA from a protein template
  • Cryo-EM shows that DRT3b uses E22 and R241 as the template for alternating dC/dA
  • λ phage Gam, a RecBCD inhibitor, triggers DRT3 abortive infection

Summary

Defense-associated reverse transcriptase (DRT) systems mediate antiviral immunity through distinct modes of cDNA synthesis: class 1 DRTs catalyze untemplated synthesis, whereas class 2 DRTs polymerize non-coding RNA-templated products. However, how these distinct modes drive defense remains unclear. Here, we report that DRT3 immunity arises when class 1 and class 2 RT activities cooperate to produce self-complementary double-stranded DNA (dsDNA). DRT3a uses a 5′-ACACAC-3′ RNA template to synthesize poly-(dTdG) repeats, whereas DRT3b synthesizes poly-(dCdA) repeats without any nucleic acid template. Cryo-electron microscopy reveals that DRT3b forms a hexamer and uses active-site-adjacent residues as deoxyadenosine and deoxycytidine gates to enforce alternating nucleotide addition, representing a unique example of amino-acid-templated DNA polymerization. DRT3 is toxic in cells lacking RecBCD, implicating host recombination machinery in limiting dsDNA accumulation, and the phage-encoded RecBCD inhibitor Gam triggers DRT3-mediated abortive infection. These findings reveal how two polymerases with distinct templating strategies generate complementary DNA for antiviral defense.

細胞遺伝子工学
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