科學家揭示不依賴DNA相互作用的轉(zhuǎn)錄激活機制

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12月18日，eLife 雜志在線發(fā)表了中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所張余研究組、趙國屏研究組，上?？萍即髮W楊貝研究組和浙江大學馮鈺研究組合作的題為Crl activates transcription by stabilizing active conformation of the master stress transcription initiation factor 的研究論文，論文介紹了一種特殊的不依賴DNA相互作用而激活轉(zhuǎn)錄的分子機制。

轉(zhuǎn)錄調(diào)控是細菌應對環(huán)境脅迫、病原菌緩解抗生素壓力的重要手段。轉(zhuǎn)錄調(diào)控由細菌的轉(zhuǎn)錄核心機器RNA聚合酶和一整套轉(zhuǎn)錄起始σ因子共同完成。細菌看家σ因子（如大腸桿菌的σ⁷⁰）負責大多數(shù)的基因表達，而在環(huán)境脅迫下，σ^S則占據(jù)主導。Crl是協(xié)助σ^S實現(xiàn)基因表達程序快速轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵蛋白，然而其轉(zhuǎn)錄激活分子機制尚不清楚。

該研究解析了E. coli Crl轉(zhuǎn)錄激活復合物的3.8埃的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。該復合物包括了E. coli的RNA聚合酶、轉(zhuǎn)錄起始因子σ^S、Crl以及啟動子DNA。在該結(jié)構(gòu)中，Crl與σ^S的domain 2相互作用，同時還與RNA聚合酶的最大亞基β’相互作用。不同于傳統(tǒng)的絕大多數(shù)轉(zhuǎn)錄激活因子，電鏡結(jié)構(gòu)顯示Crl不結(jié)合啟動子DNA，因此從結(jié)構(gòu)本身很難解釋Crl對于σ^S-RNAP的轉(zhuǎn)錄促進活性。隨后，該研究利用氫氘交換質(zhì)譜（HDX-MS）的方法，發(fā)現(xiàn)在溶液狀態(tài)下，Crl結(jié)合到σ^S之后，能夠穩(wěn)定σ^S的多個結(jié)構(gòu)單元，而這些結(jié)構(gòu)單元直接參與了σ^S與RNA聚合酶以及σ^S與DNA的相互作用。基于以上數(shù)據(jù)，作者提出了Crl特異性結(jié)合轉(zhuǎn)錄起始因子σ^S，穩(wěn)定σ^S的活性構(gòu)象，從而促進σ^S與RNA聚合酶的組裝以及σ^S與啟動子DNA的結(jié)合，進而激活σ^S-RNAP介導的轉(zhuǎn)錄。該工作呈現(xiàn)了一種新的轉(zhuǎn)錄因子與RNA聚合酶的結(jié)合方式，揭示了一種新的細菌轉(zhuǎn)錄激活分子機制。