2021年9月16日，南京中医药大学医学院﹒整合医学学院病原生物学系林炜教授课题组在国际知名学术期刊Nucleic Acids Research （中科院生物一区，2020年IF=16.971）在线发表了题为“Structural basis of transcription activation by the global regulator Spx”的研究论文，首次阐明了应激调控蛋白Spx介导的氧化压力诱导的应激基因转录调控机制，为抗耐药菌感染药物的研发提供了新型靶点和研究思路。该工作是林炜教授团队继 (Mol. Cell., 2017)、(Mol. Cell., 2018)、(Nat. Commun., 2019)、(Nucleic. Acids Res., 2020)之后在病原菌转录和新型抗耐药菌感染药物研发领域取得的又一个全新成果。
细菌转录调控是细菌最核心的生命活动之一，其中氧化还原压力应激基因的转录调控是细菌存活和实现感染的重要调控环节，与部分细菌耐药基因的表达紧密相关，对细菌抗感染药物新型靶点的发现及作用机制研究具有重要指导意义。但由于氧化还原条件难以控制，而且细菌转录调控复合物分子量较大（约500 kDa），采用传统晶体衍射的方法很难获取相关转录调控复合物的结构，所以此类研究一直是分子生物学转录调控研究领域内的研究热点和难点。
应激调控蛋白Spx是普遍存在于厚壁菌门革兰氏阳性菌（含金黄色葡萄球菌、炭疽杆菌、变形链球菌、李斯特菌等多种人类病原菌）中的序列高度保守的转录激活因子，组成了Spx-家族转录因子。已有的遗传学与生物化学研究表明枯草芽孢杆菌Spx具有响应氧化压力和细胞壁抗生素耐药等多种应激调控能力，可在氧化压力诱导下形成Spx依赖的转录激活复合物（Spx-dependent transcription activation complex，Spx-TAC）促进转录起始，转录压力应激基因，因此，枯草芽孢杆菌Spx可作为Spx家族转录因子的典型代表。目前，由于缺少Spx-TAC复合物的结构信息，人们对Spx如何通过影响转录发挥其调控功能尚不清楚。
该研究利用单颗粒冷冻电镜技术（Single particle Cryo-EM）解析了含Spx的转录激活复合物Spx-TAC的电镜结构，捕获了氧化态Spx单体的转录激活状态，不仅以特有方式结合RNA聚合酶α亚基的C末端结构域(αCTD)，预招募并促进氧化态Spx特异识别结合启动子DNA的-44元件，同时通过多个界面与启动子特异因子σA相互作用，稳定Spx-TAC复合物的结构，促进转录起始。该研究阐明了Spx介导的多种关键蛋白-蛋白、蛋白-DNA相互作用，回答了 Spx如何通过预招募模型和促进转录激活复合物形成进而激活氧化压力诱导的应激基因转录这一关键科学问题，同时也揭示了其在Spx-家族转录因子中的普遍调控意义，为新型抗耐药菌感染药物的研发提供新的靶点和思路。
南京中医药大学青年教师史婧为本论文的第一作者和共同通讯作者、硕士研究生李芳芳为本论文共同第一作者，林炜教授为本论文的最后通讯作者。本研究获得了国家自然科学基金重大项目（81991523）、面上项目（82072240）、青年项目（81903526、32000025）；教育部霍英东青年教师基金；江苏省自然科学基金项目（BK20190798、BK2021020389）及江苏省特聘教授项目等项目资助。
原文链接如下：https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab790/6371378
