地球上のすべての生き物は、それを害するものから身を守る必要があります。細菌も同じです。そして、彼らの比較的単純さにもかかわらず、彼らはウイルスの侵略者に対して非常に精通した防御戦略を展開します。最もよく知られているのはCRISPR-CAS9であり、最初のFDA承認遺伝子編集技術として人間の使用に適合しています。
過去1年間、Luciano Marraffiniが率いるロックフェラーの細菌学研究所と、Dinshaw Patelが率いるMSKCCの構造生物学研究所の研究者は、CARFエフェクターと呼ばれるいくつかのCRISPRシステムの重要な免疫成分を研究してきました。これらの新たに発見された武器は、同じ目標を達成するためにさまざまなアプローチを採用しています。これは、細胞活動を阻止し、ウイルスが残りの細菌集団に広がるのを防ぎます。
での最近の出版物で 科学科学者は、彼らが発見した最新のCarfエフェクターを発表し、Cat1を作り出しました。異常に複雑な分子構造のおかげで、このタンパク質は細胞機能に不可欠な代謝物を枯渇させる可能性があります。燃料なしで残されて、さらなる猛攻撃のためのウイルスの侵略者の計画は、粉砕された停止になります。
私たちの研究室の集合的な仕事は、これらのCARFエフェクターがどれほど効果的かつ異なるかを明らかにしています。彼らの分子活動の範囲は非常に驚くべきものです。」
ルシアーノ・マラフィニ、ロックフェラーの細菌学研究所
複数の防衛システム
CRISPRは、バクテリアおよびファージと呼ばれるウイルスに対する保護を提供する他の特定の単一細胞生物の適応免疫系のメカニズムです。 6種類のCRISPRシステムはほぼ同じように機能します。CRISPRRNAは、CAS酵素をトリガーして免疫応答を媒介する外国の遺伝コードを識別し、多くの場合、侵略者材料を切り取ります。
しかし、ますます多くの証拠は、CRISPRシステムが遺伝的ハサミを超えて多種多様な防御戦略を展開することを示しています。 Marraffiniの研究室は、この研究の多くに先導しました。特に、彼らは、細菌のファージ感染時に活性化されるタンパク質であるCARFエフェクターと呼ばれるCRISPR-CAS10システムの分子のクラスを研究してきました。
CARFエフェクターの免疫は、ウイルス複製のための寄生不可能な環境を作成することにより機能すると考えられています。たとえば、CAM1 CARFエフェクターは感染した細胞の膜脱分極を引き起こしますが、CAD1は一種の分子fu蒸をトリガーし、感染した細胞に毒性分子を浸水させます。
代謝凍結
現在の研究のために、研究者は追加のCARFエフェクターを特定しようとしました。彼らは、CAT1を見つけるために、強力な構造相同性検索ツールであるFoldSeekを使用しました。
彼らは、Cat1が、酵素を刺激してNad+と呼ばれる細胞の必須代謝物を切断するために酵素を刺激するCa4と呼ばれる二次メッセンジャー分子の結合によりウイルスの存在に注意されていることを発見しました。
「十分な量のNAD+が切断されると、細胞は成長逮捕状態に入ります」と、Marraffini LabのTPCB大学院生であるChristian Bacaは言います。 「一時停止時に細胞機能を使用すると、ファージはもはや細菌集団の残りの部分に伝播して広がります。このように、CAT1はすべて、それらがすべて集団レベルの細菌免疫を提供するという点で類似しています。」
ユニークな複雑さ
しかし、その免疫戦略はこれらの他のCARFエフェクターと類似している可能性がありますが、その形は、Cryo-EMを使用した詳細な構造分析を通じて明らかにされたPatel Labのポスドク研究員である共同ファースト著者のPuja Majumderのように、その形ではありません。
彼女は、Cat1タンパク質には、Cat1ダイマーがCa4シグナル分子に接着され、ウイルス感染時に長いフィラメントを形成し、粘着性分子ポケット内でNAD+代謝物を閉じ込める、驚くほど複雑な構造を持っていることを発見しました。 「NAD+代謝物がCAT1フィラメントによって切断されると、セルが使用することはできません」とMajumder氏は説明します。
しかし、タンパク質の特異な構造の複雑さはそこで止まらないと彼女は付け加えます。 「フィラメントは互いに相互作用して三角スパイラルバンドルを形成し、これらのバンドルは膨張して五角形のスパイラルバンドルを形成することができます」と彼女は言います。これらの構造コンポーネントの目的はまだ調査されていません。
また、CAT1はしばしば単独で動作するように見えるという事実も珍しいです。 「通常、タイプIII CRISPRシステムでは、免疫効果に寄与する2つの活動があります」とBACAは言います。 「しかし、CAT1をコードする細菌のほとんどは、主に免疫効果のためにCAT1に依存しているようです。」
Marraffiniは、これらの発見が興味をそそる新しい質問をもたらすと言います。 「私たちは大きな絵を証明したと思いますが、carfエフェクターはファージの複製を防ぐのに優れているということです。
ソース：
ジャーナルリファレンス：
読む、cf、 et al。 （2025）。 CAT1はフィラメントネットワークを形成して、III型CRISPR-CAS抗ウイルス反応中にNAD +を分解します。 科学。 doi.org/10.1126/science.adv9045。
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#新しく発見されたCat1タンパク質は細胞燃料を枯渇させることによりウイルス感染を止めます
2025-05-19 01:59:00