细菌和古菌等原核生物为抵御病毒（噬菌体）感染，进化出了多种抗噬菌体防御机制。已知在原核生物拥有的Ⅲ型CRISPR-Cas系统中，当Cas蛋白-向导RNA复合物识别病毒来源的外源RNA后，会合成第二信使并诱导细胞死亡，从而保护细胞群体免受病毒感染。迄今为止的研究表明，在Ⅲ-A型和Ⅲ-B型CRISPR-Cas系统中，环状寡腺苷酸（cOA）和SAM-AMP作为第二信使发挥作用，但Ⅲ-D2型CRISPR-Cas系统的功能一直不明确。
东京大学研究生院工学系研究科化学生命工学专业的满田义久博士研究生、该校尖端科学技术研究中心的西增弘志教授等人的研究团队，与该中心大泽毅副教授、哈佛医学院的Jonathan S. Gootenberg博士、Omar O. Abudayyeh博士合作，阐明了Ⅲ-D2型CRISPR-Cas系统的抗噬菌体防御机制。相关研究成果已发表在《Nature Communications》的网络版上。
图1 Ⅲ-D2型CRISPR-Cas系统的抗噬菌体防御机制（供图：东京大学）
首先，研究明确，在Ⅲ-D2型CRISPR-Cas系统中，当Cas蛋白-向导RNA复合物（Ⅲ-D2型CRISPR-Cas复合体）识别靶标RNA后，会合成SAM-AMP以及新型分子SAM-AMP2作为第二信使。此外，研究团队利用冷冻电镜解析了Ⅲ-D2型CRISPR-Cas复合体的三维结构，阐明了其合成机制。研究还证实，这些第二信使作用于膜蛋白CorA并诱导细胞死亡，从而保护细菌群体免受噬菌体感染。
满田博士生表示：“以CRISPR-Cas9为代表的、依靠向导RNA切割外源核酸的CRISPR系统备受关注，但也存在一种以核酸结合为触发信号来合成信号分子的、名为Cas10的Cas蛋白。此前已知Cas10合成的信号分子包括由多个ATP环化连接形成的cOA，以及ATP与SAM结合形成的SAM‑AMP，这些都是在CRISPR-Cas系统以外的生物中未曾发现的特殊分子。本研究发现，在Ⅲ-D2型CRISPR-Cas系统中，合成了SAM与两个ATP结合的SAM-AMP2。噬菌体与原核生物的关系常被比喻为军备竞赛，或许正因如此，与免疫机制相关的信号分子多具有不被噬菌体干扰的独特结构。我认为，在原核生物尚未揭示的免疫机制中，还隐藏着许多难以想象的新型分子。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Nature Communications
论文：Structural mechanism of SAM-AMP and SAM-AMP2 synthesis by the type III-D2 CRISPR effector complex
DOI：doi.org/10.1038/s41467-026-74422-0
