靶向金黄色葡萄球菌ERA GTPase的DNA适配体AptERA2的发现及其通过抑制GTP水解调控核糖体组装的机制研究

本研究针对细菌核糖体组装关键因子ERA GTPase的调控机制难题，通过SELEX技术筛选出特异性靶向金黄色葡萄球菌ERA蛋白KH结构域的DNA适配体AptERA2（Kd=243 nM），证实其通过变构效应抑制30S亚基依赖的GTP水解活性。该工作首次揭示KH结构域在ERA功能调控中的核心作用，为细菌蛋白质合成机制研究提供了新型分子工具，并为靶向RA-GTPases的抗菌策略开发奠定基础。

　　

细菌的生存繁衍依赖于精确的蛋白质合成机器——核糖体，其组装过程犹如一场精密的分子芭蕾。在这个过程中，核糖体关联GTP酶（RA-GTPases）扮演着"分子指挥家"的角色，通过GTP水解提供的能量驱动组装进程。其中，ERA GTPase作为30S核糖体亚基组装的关键调控因子，其功能缺陷会导致细菌生长停滞甚至死亡。然而，ERA如何通过其独特的KH结构域协调GTP酶活性与核糖体组装，这一机制长期以来笼罩在迷雾之中。

发表在《Scientific Reports》的这项研究开创性地运用DNA适配体技术揭开了ERA调控的神秘面纱。研究人员首先采用SELEX（指数富集配体系统进化）技术结合高通量测序，从海量随机DNA序列中淘选出了4个候选适配体。通过ELONA（酶联寡核苷酸分析）和MST（微量热泳动）等技术的层层筛选，最终锁定Apt_ERA2这个明星分子——它能以200 nM级亲和力特异性结合ERA，且结合严格依赖蛋白的正确三维构象。

ERA2在GTP水解抑制实验中表现突出，效果堪比天然抑制剂ppGpp">

研究团队通过精巧的域结合实验发现，Apt_ERA2专门"盯上"了ERA的KH结构域——当ERA缺失这个85个氨基酸的关键域（ΔKH）或面对缺乏KH域的同源蛋白RbgA时，适配体立即"翻脸不认人"。分子对接模拟显示，适配体通过"V-L-L W V K V"氨基酸序列与KH域亲密接触，这种相互作用与16S rRNA的h45螺旋识别机制惊人地相似。

ERA2在复杂细胞裂解液环境中仍保持特异性结合能力">

最令人振奋的是功能研究结果：Apt_ERA2虽不直接阻断GTP结合位点，却能通过结合KH域使ERA的GTP酶活性降低约50%。这种变构抑制效应暗示，KH域可能作为ERA的"分子开关"，通过构象变化远程调控GTP水解活性。这一发现颠覆了传统认知，为理解RA-GTPases的调控网络提供了全新视角。

研究采用的关键技术包括：SELEX-NGS联合筛选技术、基于ELONA和MST的结合特性分析、30S亚基依赖的GTP酶活性检测（采用³²P标记GTP的TLC法）、KH域特异性结合实验（通过构建域缺失突变体）、以及HDOCK分子对接模拟等。

主要研究结果可归纳为：1）通过生物信息学分析锁定Apt_ERA2为最优候选，其三维结构与16S rRNA的h45螺旋高度相似；2）结合实验证实Apt_ERA2对ERA的K_d值为243±16 nM（ELONA）和117±28 nM（MST）；3）域特异性实验显示KH域是Apt_ERA2的唯一靶标；4）功能研究表明适配体通过变构效应抑制GTP水解，而非直接竞争GTP结合位点。

这项研究的意义深远：首先，Apt_ERA2成为探索核糖体组装机制的新型分子探针；其次，揭示KH域在ERA功能调控中的核心地位，填补了该领域知识空白；更重要的是，为开发靶向RA-GTPases的新型抗菌药物提供了创新思路。正如作者指出，这类适配体既可作研究工具，也能作为"特洛伊木马"携带药物精准打击病原菌的蛋白质合成机器。该成果将推动细菌蛋白质合成调控研究和抗菌策略开发进入新阶段。