揭示特殊转录激活分子的机制
转录调控是细菌应对环境胁迫和病原菌缓解抗生素压力的重要手段,由细菌的转录核心机器 RNA 聚合酶和一系列转录起始 sigma 因子共同完成。在通常情况下,细菌的看家 sigma 因子(如大肠杆菌的 sigma 70 )负责大多数的基因表达,而在环境胁迫下, sigma S 则快速占据主导,并通过开启特定基因的表达来帮助细菌适应不利环境。与细菌的看家 sigma 因子相比, sigma S 的活性通常较低,其功能的发挥通常需要转录激活因子的协助,而 Crl 正是一种 sigma S 特异的转录激活因子。
此前,对于 Crl 激活转录的分子机制不甚清楚。在该研究中,合作者首先解析了 E. coli Crl 转录激活复合物的 3.8 Å 的冷冻电镜结构,该复合物包括了 E. coli 的 RNA 聚合酶、转录起始因子 sigma S 、 Crl 、以及启动子 DNA 。在该结构中, Crl 主要与 sigmaS 的 domain 2 相互作用,同时也与 RNA 聚合酶的最大亚基 bet a’ 有少许相互作用。与绝大多数传统的转录激活因子不同,电镜结构显示 Crl 并不结合启动子 DNA ,因此单从结构本身较难完全解释 Crl 对于 sigma S -RNAP 的转录促进活性。在此基础上,上科大免化所团队进一步利用氢氘交换质谱( HDX-MS )对该系统进行了深入研究。氢氘交换质谱的结果揭示, Crl 不仅直接结合 sigmaS 的 alpha2-alpha3 螺旋( Figure 1A ),还能够通过变构调节作用稳定 sigmaS 的 alpha4 、 alpha5 等多个结构单元( Figure 1A-C ),而这些结构单元的稳定将能够促进 sigma S 与 DNA 以及 sigma S 与 RNA 聚合酶之间的相互作用( Figure 1D )。基于以上数据,研究人员提出 Crl 通过特异性结合转录起始因子 sigma S ,稳定 sigma S 的活性构象,从而促进 sigmaS 与 RNA 聚合酶以及启动子 DNA 的结合组装,进而激活 sigma S-RNAP 介导的转录。这一机制在后续的功能实验中得到了进一步验证。该工作呈现了一种新的转录因子与 RNA 聚合酶的结合方式,揭示了一种新的细菌转录激活分子机制。
上海科技大学
2021-04-11