Nat Commun | 林煒團(tuán)隊(duì)成功破解結(jié)核分枝桿菌休眠代謝調(diào)控分子密碼并鑒定抗結(jié)核感染新型藥物靶標(biāo)

近日，南京中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)院、附屬南京醫(yī)院林煒教授團(tuán)隊(duì)、復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院呂亮東教授團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院馮鈺教授團(tuán)隊(duì)合作在Nature Communications發(fā)表題為MolecularbasisofDosR-dependent transcription activation inMycobacterium tuberculosis的研究論文。該研究解析了結(jié)核分枝桿菌休眠調(diào)控因子DosR與休眠基因啟動子DNA及RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄激活復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了DosR在缺氧、一氧化氮等應(yīng)激條件下啟動休眠的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制，為深入認(rèn)識結(jié)核分枝桿菌胞內(nèi)逆境存活機(jī)制及潛伏感染奠定了基礎(chǔ)。

結(jié)核分枝桿菌是結(jié)核病的致病菌，為兼性胞內(nèi)寄生菌，可被巨噬細(xì)胞吞噬后定植于機(jī)體肉芽腫內(nèi)，引發(fā)無癥狀潛伏感染，是結(jié)核病易復(fù)發(fā)、難根治的重要觸發(fā)因素之一。肉芽腫低氧微環(huán)境是誘導(dǎo)結(jié)核分枝桿菌進(jìn)入低代謝休眠狀態(tài)的關(guān)鍵誘因，休眠菌株耐藥性極強(qiáng)，現(xiàn)有治療手段難以起效，因此解析其休眠機(jī)制、研發(fā)靶向潛伏感染的新型治療策略，是全球結(jié)核病研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)。轉(zhuǎn)錄調(diào)控是病原菌適應(yīng)宿主微環(huán)境、完成生理狀態(tài)轉(zhuǎn)換的核心機(jī)制，由保守RNA聚合酶與多種轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控。結(jié)核分枝桿菌DosS/DosT-DosR雙組分系統(tǒng)是低氧應(yīng)答與休眠調(diào)控的核心模塊，其中DosR可感知宿主缺氧、營養(yǎng)匱乏等脅迫信號，調(diào)控近50個缺氧存活、休眠發(fā)育等功能基因，介導(dǎo)菌株代謝重編程與休眠轉(zhuǎn)化。目前，DosR介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控分子機(jī)制尚不明確，該瓶頸大大制約了抗結(jié)核靶向藥物研發(fā)，破解其機(jī)制可為結(jié)核病潛伏感染精準(zhǔn)防治提供重要理論與靶點(diǎn)支撐。

圖： 結(jié)核分枝桿菌DosR依賴型轉(zhuǎn)錄激活調(diào)控結(jié)構(gòu)與機(jī)制模型

該研究運(yùn)用冷凍電鏡技術(shù)，解析了功能狀態(tài)的含全長蛋白DosR的DosR依賴型轉(zhuǎn)錄起始激活復(fù)合物（DosR-TAC）的高分辨率結(jié)構(gòu)，并通過多種體內(nèi)外功能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證揭示了其關(guān)鍵分子調(diào)控機(jī)制：在DosR-TAC中，兩個DosR單體同時通過N端接收結(jié)構(gòu)域（DosR_REC）、C端DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域（DosR_DBD）的α10螺旋發(fā)生對稱二聚化，形成功能性DosR二聚體，精準(zhǔn)識別并結(jié)合缺氧應(yīng)激啟動子DNA；DosR的多個保守結(jié)構(gòu)域與RNA聚合酶的σAR4、αCTD、αNTD等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)域發(fā)生多種相互作用，招募RNA聚合酶并穩(wěn)定DosR-TAC結(jié)構(gòu)，高效促進(jìn)下游休眠相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄；而且，結(jié)核菌毒力菌株與無毒力菌株DosR同源蛋白的結(jié)構(gòu)比對也進(jìn)一步揭示了菌株差異linker區(qū)域在DosR激活調(diào)控及休眠存活調(diào)控中的重要意義。該研究揭示了DosR通過構(gòu)象重排、二聚化特異識別啟動子DNA并招募RNA聚合酶協(xié)同調(diào)控下游休眠基因轉(zhuǎn)錄的核心分子機(jī)制，系統(tǒng)性提出了“變構(gòu)激活-招募”的轉(zhuǎn)錄激活機(jī)制模型。

南京中醫(yī)藥大學(xué)林煒教授、史婧副教授，復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院呂亮東教授，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院馮鈺教授為共同通訊作者；南京中醫(yī)藥大學(xué)史婧副教授、博士生馮貞貞、碩士生黃怡榮以及復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院碩士生王以欣為共同第一作者。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-75252-w

制版人：十一

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