T-box核糖開關是重要的基因調控元件，廣泛分布于結核桿菌、皮疽諾卡菌等革蘭氏陽性菌中。其核心功能是通過識別tRNA 3?末端的氨酰化狀態，感知細菌營養水平，進而精準調控相關基因表達，對維持細菌生長平衡具有重要作用。由于該元件在細菌中普遍存在，但在哺乳動物中尚未發現，因而針對T-box核糖開關的藥物設計已成為新型抗生素研發的重要方向。目前，T-box的功能實現高度依賴其三維結構與構象動態特征，已有研究解析了多種T-box-tRNA復合物的靜態三維結構，但學界對T-box如何精準鑒別不同氨酰化狀態的tRNA，并啟動后續轉錄和翻譯調控的構象動態機制尚不明晰。
近日，中國科學院生物物理研究所等，首次運用單分子熒光共振能量轉移（smFRET）技術，系統探究了結核分枝桿菌ileS T-box核糖開關的結構動態，揭示了其在共轉錄水平鑒別tRNA 3?末端氨酰化狀態、調控翻譯起始過程的分子機制，為深入理解RNA-RNA相互作用的功能機制及新型抗生素開發提供了重要理論支撐。
研究團隊在T-box核糖開關的適配體與鑒別結構域篩選了多對標記位點，結合自主開發的RNA定點熒光標記技術與smFRET技術，系統觀測了不同氨酰化狀態tRNA結合誘導的T-box結構轉變。結果顯示，T-box通過“構象選擇”機制，實現了對tRNA的兩步精準識別。第一步為“身份識別”，tRNA反密碼子區與T-box解碼結構域結合，促使Stem I/II形成穩定“對接構象”，并同時觸發鑒別結構域折疊，為后續氨酰化狀態感知做好準備。第二步為“氨酰化狀態感知”，若tRNA未負載氨基酸，其3?末端與鑒別結構域穩定結合，使開關維持“AntiS”構象，暴露SD序列并啟動下游基因翻譯；若tRNA已負載氨基酸，則誘導鑒別結構域中Stem III與linker區域呈現高度柔性，促使構象轉變為“Sequestrator”，隱藏SD序列，以抑制翻譯。
????突變實驗證實，連接適配體與鑒別結構域的linker區域是感知tRNA氨基酸狀態的關鍵結構單元，且關鍵堿基突變會導致T-box喪失對tRNA氨酰化狀態的響應能力。為進一步探討共轉錄過程對T-box調控機制的影響，研究團隊制備了模擬不同轉錄中間產物的不同長度T-box截短體及熒光標記的共轉錄T-box/tRNA復合物，并開展了smFRET實驗。結果表明，T-box對tRNA NCCA末端的識別具有明顯的轉錄依賴性。這一“共轉錄調控”特性，使T-box能夠快速響應細胞內氨基酸水平變化，實現基因表達的高效精準調控。
????這一研究提出了T-box核糖開關的共轉錄調控模型，闡明了其在轉錄過程中分步識別tRNA、鑒別氨酰化狀態、動態切換構象并最終調控基因表達的完整動態過程。
相關研究成果發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國科學院、清華大學等的支持。
論文鏈接
T-box核糖開關在共轉錄水平上調控基因表達的模型
本文鏈接：研究揭示全長T-box核糖開關調控翻譯起始的構象動態機制http://www.sq15.cn/show-12-2178-0.html
聲明：本網站為非營利性網站，本網頁內容由互聯網博主自發貢獻，不代表本站觀點，本站不承擔任何法律責任。天上不會到餡餅，請大家謹防詐騙！若有侵權等問題請及時與本網聯系，我們將在第一時間刪除處理。