CRISPRシステムに新たな一面――分子燻蒸の役割を発見
遺伝子編集技術で知られるCRISPR-Cas9は、これまで「遺伝子のはさみ」としての役割が注目されてきました。しかし、CRISPRシステムにはそれだけでなく、多彩な戦略が備わっていることがわかっています。2024年10月28日にCell誌で発表された研究では、ロックフェラー大学の細菌学研究所のルチアーノ・マラッフィーニ博士（Luciano Marraffini, PhD）とMSKCCの構造生物学研究所ディンショー・パテル博士（ Dinshaw J. Patel, PhD）のチームが、CRISPR-Cas10システムがウイルス感染に対して分子燻蒸のような防御を行う仕組みを発見しました。この研究は、論文「The CRISPR-Associated Adenosine Deaminase Cad1 Converts ATP to ITP to Provide Antiviral Immunity（CRISPR関連アデノシンデアミナーゼCad1によるATPからITPへの変換が抗ウイルス免疫を提供）」として公開されています。
CRISPRの多様な防御戦略
CRISPRシステム（clustered regularly interspaced short palindromic repeats、規則的に間隔をあけた短い回文反復配列）は、元々細菌の適応免疫系として機能しており、ウイルス（ファージ）やその他の外来遺伝子断片から自身を守る役割を果たします。これまで知られている6種類のCRISPRシステムのうち、今回の研究ではタイプIIIに分類されるCRISPR-Cas10システムを調査しました。
CRISPR-Cas9と同様に、Cas10システムでもガイドRNAが問題のある遺伝物質を特定し、酵素がそれを切り取ります。しかしCas10はさらに、サイクリックオリゴアデニレート（cyclic-oligoadenylates、cOA）と呼ばれる小さな二次メッセンジャー分子を生成し、細胞活動を停止させることでウイルスの拡散を防ぎます。この「燻蒸」のような防御は、感染した部屋を封鎖して害虫の侵入を食い止めるのに似ています。
新たな化学反応と細胞活動の停止
研究チームは、CRISPR-Cas10システムにおける新しいタンパク質「CRISPR関連アデノシンデアミナーゼ1（Cad1）」の役割を解明しました。Cad1はcOA分子がタンパク質内のCARFドメインに結合することで活性化され、ATP（細胞のエネルギー分子）をITP（細胞内で通常は微量存在する中間ヌクレオチド）に変換します。このITPが細胞内に大量に蓄積されると毒性を持ち、細胞活動が停止します。この過程で感染した細胞は犠牲になりますが、細菌集団全体の保護につながります。
未解明のメカニズムと応用の可能性
この現象がなぜ発生するのかはまだ解明されていません。ITPが通常のATPやGTPの結合部位を占有するために重要な細胞機能が阻害される可能性や、ファージDNA複製を妨げる可能性が考えられています。
また、研究は診断ツールとしての応用可能性も示唆しています。「ITPの存在は、病原体の遺伝子断片がサンプル内に存在することを示すマーカーとなる可能性があります」と研究者らは述べています。
