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原核生物转录因子（TFs）处于抗菌药物耐药性的核心，通过调控使细菌能够在抗生素暴露下存活的基因发挥作用。AraC/XylS家族转录因子的特征是具有一个约99个氨基酸残基组成的DNA结合结构域，该结构域由两个螺旋-转角-螺旋（HTH）基序构成。尽管这种双基序结构被认为是最小功能单元，但两个HTH基序之间显著的序列和结构相似性引发了一个问题：它们是否由单一祖先HTH结构域演化而来。在本研究中，我们设计了MarA的两个C端截短体，二者均包含单个HTH基序，但相差7个残基（IRSRKMT）。电泳迁移率变动分析表明，两个构建体均可作为重构二聚体特异性结合marbox序列；而体积排阻色谱显示，它们在溶液中处于单体-二聚体平衡状态。尽管保留了DNA结合能力，这两个截短体在功能上却存在差异：包含IRSRKMT的MarA64能够激活转录，并赋予细菌正常的红霉素耐受性；而缺失IRSRKMT的MarA57形成转录失活复合物，使报告基因表达被抑制至基线以下，这提示其可能通过竞争性占据启动子发挥作用。分子动力学模拟和AlphaFold模型表明，IRSRKMT延伸序列形成一个α螺旋结构单元，从而稳定具有转录活性的二聚体界面。相反，缺失该延伸序列会破坏四级组装，改变DNA弯曲方式，并使与RNA聚合酶接触的残基发生错位。此外，游离二聚体会探索非生产性构象，这表明功能性二聚化可能是在与DNA结合过程中形成的。这些发现确立了：一个能够正确二聚化的单一HTH结构域足以同时实现DNA结合和转录激活，为短型AraC/XylS样蛋白提供了结构学依据，并为合成生物学和新型抗毒力策略提供了可调控的支架。
原核生物转录因子（TFs）处于抗菌药物耐药性的核心位置，调控着使细菌能够在抗生素暴露下存活的相关基因。AraC/XylS家族转录因子的特征是具有一个约99个残基组成的DNA结合结构域，该结构域由两个螺旋-转角-螺旋（HTH）基序构成。尽管这种双基序构型被认为是最小功能单元，但两个HTH基序之间显著的序列和结构相似性引发了这样一个问题：它们是否由单个祖先HTH结构域进化而来。在本研究中，我们设计了MarA的两种C端截短体，二者均包含单个HTH基序，并相差7个残基（IRSRKMT）。电泳迁移率变动分析显示，这两种构建体均能以重构二聚体的形式特异性结合marbox序列，而体积排阻色谱表明，它们在溶液中以单体-二聚体平衡形式存在。尽管保留了DNA结合能力，这两种截短体在功能上却存在差异：MarA64（包含IRSRKMT）能够激活转录，并赋予细胞正常的红霉素耐受性；而MarA57（缺失IRSRKMT）形成的复合物在转录上没有活性，并使报告基因表达低于基线水平，这提示其可能通过竞争性占据启动子发挥作用。分子动力学模拟和AlphaFold模型表明，IRSRKMT延伸序列形成一个α-螺旋结构元件，可稳定具有转录活性的二聚体界面。相反，缺失该延伸序列会破坏四级组装，改变DNA弯曲方式，并使与RNA聚合酶接触的残基发生错位。此外，游离二聚体会探索非生产性构象，这表明功能性二聚化可能是在与DNA结合的过程中发生的。这些发现确立了这样一个结论：只要HTH结构域能够正确二聚化，单个HTH结构域便足以同时实现DNA结合和转录激活；该结论为短型AraC/XylS样蛋白提供了结构学依据，也为合成生物学和新型抗毒力策略提供了可调控的支架。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.23.753698v1?rss=1
🏷️ MarA转录因子 螺旋-转角-螺旋结构域 DNA结合 转录激活 抗生素耐药性 二聚体组装