バクテリオファージのCRISPR抑制を制御するRNA結合型ヘリックス・ターン・ヘリックスタンパク質

Core Concepts

単一のHTHレギュレーターが、ファージゲノムコピー数の増加と蓄積するacrmRNAに対応するため、転写レベルでのDNA結合による抑制と、保存されたRNAステムループへの結合によるトランスレーション阻害の2つの調節モードを使い分けている。

Abstract

本研究では、バクテリオファージのCRISPR抑制機構を制御するHTHドメインタンパク質Aca2の機能について明らかにしている。Aca2は、DNA結合によりacr遺伝子の転写を抑制するだけでなく、保存されたRNAステムループに結合してリボソームアクセスを阻害することで、mRNAの翻訳も抑制する。クライオ電子顕微鏡構造解析により、同一のHTHドメインがDNAとRNAの両方を識別して結合することが示された。この2つの調節モードにより、ファージDNA複製の進行に伴うacr発現の増大を抑えつつ、CRISPR-Cas系の阻害を維持できると考えられる。HTHドメインタンパク質は広く存在することから、DNA結合とRNA結合の両機能を持つレギュレーターが多数存在すると予想される。

Stats

ファージゲノムコピー数の増加に伴うacr mRNAの蓄積を抑制する。
Aca2は約40 kDaの分子量を持つ。

Quotes

"単一のHTHレギュレーターが、ファージゲノムコピー数の増加と蓄積するacrmRNAに対応するため、転写レベルでのDNA結合による抑制と、保存されたRNAステムループへの結合によるトランスレーション阻害の2つの調節モードを使い分けている。"
"クライオ電子顕微鏡構造解析により、同一のHTHドメインがDNAとRNAの両方を識別して結合することが示された。"

Key Insights Distilled From

Phage anti-CRISPR control by an RNA- and DNA-binding helix–turn–helix protein - Nature

by Nils Birkhol... at www.nature.com 07-10-2024

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07644-1

Deeper Inquiries

ファージとバクテリアの進化的な攻防戦において、Aca2のような二重の調節機構はどのように生み出されたのだろうか。

Aca2のような二重の調節機構は、バクテリアとファージの進化的な相互作用によって形成されました。バクテリアはCRISPR–Cas防御メカニズムを持ち、ファージはそれを回避するためにacr遺伝子を急速に発現します。この時、Aca2などのHTHドメインを持つタンパク質が介入し、acrの過剰発現を抑制することで、適切な制御を実現します。Aca2はDNA結合による転写抑制とRNA結合による翻訳阻害を通じて、ファージの増殖に対応して適切な量のacrを維持する役割を果たしています。

Aca2以外のHTHドメインタンパク質でも、DNA結合とRNA結合の両機能を持つものが存在するのだろうか。その場合、どのような生物学的意義を持つのか。

Aca2以外のHTHドメインタンパク質にも、DNA結合とRNA結合の両機能を持つものが存在する可能性があります。このようなタンパク質は、遺伝子発現の調節やタンパク質合成の制御において重要な役割を果たすと考えられます。DNA結合によって転写を制御し、RNA結合によって翻訳を調節することで、細胞は遺伝子発現を微調整し、環境変化に適応することができます。このような二重の機能を持つタンパク質は、生物学的な可塑性を高め、進化的な利点をもたらす可能性があります。

バクテリアやファージ以外の生物種においても、HTHドメインタンパク質によるDNA/RNA二重調節機構は見られるのだろうか。

バクテリアやファージ以外の生物種においても、HTHドメインタンパク質によるDNA/RNA二重調節機構は見られる可能性があります。HTHドメインは広く分布し、遺伝子発現の調節に関与するタンパク質ファミリーの一部であるため、他の生物種でも同様のメカニズムが存在する可能性があります。このような二重調節機構は、生物が環境変化に適応し、遺伝子発現を制御するための一般的な戦略であるため、他の生物種でも見られる可能性が高いと考えられます。