粪肠球菌NagY抗终止子的新型调控机制及其对细胞代谢的影响

这篇研究揭示了粪肠球菌(Enterococcus faecalis)中NagY抗终止子与RNase III协同调控nagY-nagE操纵元表达的新机制。通过转录组学、RNA免疫共沉淀测序(RIP-Seq)和体外互作实验，证实NagY通过识别RAT序列介导转录抗终止作用，同时依赖RNase III对5'UTR的切割实现最佳诱导表达。研究发现NagY调控网络涵盖β-糖苷代谢、NAG(N-乙酰葡糖胺)转运等26个靶基因，在病原体代谢适应和机会性感染中发挥核心作用。

　　

ABSTRACT

粪肠球菌作为兼具益生和致病双重特性的乳酸菌，其代谢调控机制备受关注。研究发现，在感染过程中，N-乙酰葡糖胺(NAG)代谢变化比毒力因子更为显著。这种代谢由nagY-nagE操纵元介导，受转录抗终止子NagY调控。本研究揭示了NagY与核糖核酸酶RNase III的新型共调控机制，证明二者协同作用通过切割nagY mRNA的5'非翻译区(UTR)实现自诱导表达。通过全局分析鉴定了NagY调节子，证实其在细菌代谢适应中的核心作用。

INTRODUCTION

粪肠球菌作为重要的医院感染病原体，其致病性主要源于强大的环境抗压能力和代谢可塑性。NAG作为宿主细胞外基质、黏液和巨噬细胞中的丰富碳源，通过MptBACD通透酶和NagE磷酸转移酶系统(PTS^NAG)转运。NagY属于BglG/SacY家族抗终止子，通过结合5'UTR的核糖核酸抗终止序列(RAT)防止终止子结构形成。值得注意的是，RNase III作为双链RNA特异性内切核糖核酸酶，在RNA成熟和调控中起关键作用。

RESULTS

新型nagY-nagE操纵元调控机制

通过RT-qPCR发现，ΔnagY突变株中nagE表达虽降低但仍保留5倍诱导，提示存在替代调控途径。5'RACE-PCR鉴定出两个转录起始位点（-172bp和-125bp），后者在Δrnc突变株中消失，证实RNase III介导的UTR切割。荧光标记实验显示，RNase III与NagY的K_d为2.5×10^-6 M，而三者复合物亲和力更高（K_d 5.8×10^-7 M）。链脲佐菌素(STZ)抑制实验表明，ΔnagYΔrnc双突变株与ΔnagE类似，完全丧失NAG转运能力。

NagY调节子的系统鉴定

转录组分析发现ΔnagY中104个基因差异表达（84个下调），主要涉及代谢和转运。RIP-Seq鉴定出57个与NagY直接互作的RNA，其中26个靶基因具有保守RAT序列。值得注意的是：

1. 1.

   15个PTS转运体（如细胞二糖转运体ef0292）

2. 2.

   4个ABC转运体（如ef2221-2223操纵元）

3. 3.

   糖苷水解酶（GH18家族ef2863）和多糖裂解酶（ef3023）

4. 4.

   代谢相关基因（NAG途径的ef1317，甘油代谢的dhaK）

5. 5.

   细胞壁水解酶ef1518可能回收肽聚糖中的NAG

DISCUSSION

本研究首次揭示抗终止子与RNase III的协同调控模式。RNase III通过切割5'nagY的茎环结构，可能影响终止子形成或增强mRNA稳定性。NagY调节子分析显示其核心作用在于：

1. 1.

   调控β-糖苷代谢网络，将宿主糖蛋白/糖胺聚糖降解为可利用碳源

2. 2.

   通过ef1518可能实现肽聚糖循环利用

3. 3.

   控制毒力相关因子（如免疫原性蛋白EF2224）

这种多层次的转录后调控机制，为理解粪肠球菌从共生菌向机会致病菌的转变提供了新视角，也为开发针对代谢通路的抗感染策略奠定基础。

MATERIALS AND METHODS

研究采用V19菌株（临床分离株V583的质粒消除衍生株）为野生型，通过同源重组构建ΔnagY、Δrnc等突变体。采用：

1. 1.

   链脲佐菌素敏感性实验验证转运功能

2. 2.

   单分子光谱技术测定蛋白-RNA互作

3. 3.

   RNA-Seq和RIP-Seq鉴定调控网络

4. 4.

   FIMO工具预测RAT序列（P<0.01）

所有测序数据已上传NCBI（PRJNA1221897和PRJNA1279004）。