新型转录调控因子RptR在细菌抗噬菌体防御岛中的调控机制解析

研究人员针对细菌防御系统调控机制不明确的问题，开展了关于新型转录调控因子RptR在限制修饰系统(RMS)和毒素-抗毒素系统(DarTG2)组成的防御岛中的调控作用研究。通过结构解析、电泳迁移率实验(EMSA)和转录报告系统，发现RptR通过识别6-bp回文序列TAGCTA抑制防御岛表达，并在噬菌体感染时解除抑制。该研究揭示了Gammaproteobacteria中广泛存在的防御系统调控新范式，为理解细菌-噬菌体共进化提供了新视角。

　　

在细菌与噬菌体持续数十亿年的军备竞赛中，限制修饰系统(RMS)和毒素-抗毒素(TA)系统构成了细菌防御的核心武器库。然而这些毒性防御元件如何在不伤及自身的前提下精准调控，一直是微生物学领域的未解之谜。尤其当多个防御系统在基因组上形成"防御岛"协同作战时，其调控机制更显扑朔迷离。牛津大学病理学院(Sir William Dunn School of Pathology, University of Oxford)的YuGeng Zhang等人在《Nucleic Acids Research》发表的研究，揭开了这一调控谜题的关键一环——鉴定出新型转录调控因子RptR(RMS-proximal transcriptional regulator)，它像防御岛的"分子开关"般精确控制着包含I型RMS和DarTG2系统的七基因防御岛的时空表达。

研究团队采用多学科交叉方法：通过X射线晶体学解析RptR的1.3?分辨率结构；利用电泳迁移率实验(EMSA)定量分析蛋白-DNA相互作用；构建双质粒GFP报告系统验证体内调控功能；结合生物信息学分析117个细菌基因组中RptR同源物的分布特征。

RptR-RMS-DarTG-M48防御岛的噬菌体防御功能
研究首先证实来自肠致病性大肠杆菌(EPEC)的七基因防御岛能提供跨数量级的噬菌体保护，对Trib等噬菌体的抑制效率高达10⁷倍。通过转录分析发现，感染1小时内hsdM基因表达上调15倍，暗示存在感染响应性调控机制。

RptR的结构与功能特征
晶体结构显示RptR形成由四个α螺旋组成的紧凑二聚体，其独特的二聚化界面由Leu74等疏水残基构成。AlphaFold3预测其α4螺旋像"分子钳"般跨越DNA大沟，与6-bp回文序列TAGCTA结合。关键的Glu58和Lys61在87个同源物中完全保守，点突变S60G证实了该DNA识别界面的功能重要性。

模块化调控机制
启动子区存在三个9-bp直接重复序列(DR)，其中两个重叠于-10框。EMSA揭示RptR以协同方式(n_H=3.4)结合DR，最小识别单元为6-bp回文序列。有趣的是，仅需两个DR（无论相邻或间隔）即可实现完全抑制，而单个DR仅导致部分抑制。这种"模块化"调控模式在80个同源启动子分析中得到佐证，86%的RMS相关启动子含有≥2个结合位点。

进化保守性与生物学意义
基因邻域分析显示RptR在54个基因组中与I型RMS基因簇共存，其结合位点TAGCTA及其变体在Gammaproteobacteria中高度保守。这种调控模块的广泛存在提示：RptR代表了一类新型"bZIP样"原核转录因子，通过二聚体同时识别单个DNA大沟的两侧，这种独特机制可能起源于细菌与噬菌体军备竞赛的早期阶段。

该研究不仅阐明了防御岛在静息状态下的"自我沉默"机制，更提出了感染时RptR可能通过蛋白酶降解或噬菌体蛋白隔离解除抑制的新假说。这些发现为理解细菌抗噬菌体防御的层级调控提供了范式，也为开发基于防御系统调控的抗菌策略奠定了理论基础。正如审稿人所言："这项工作揭示了细菌基因组中防御岛屿调控的冰山一角"。