NSMB| RfaH介 导的转录-翻译偶联的结构基础

导读

细菌中的转录和翻译在同一细胞区室内同步进行，大肠杆菌中，转录-翻译耦合涉及RNA聚合酶（RNAP）和核糖体之间的物理配对，这种耦合由NusG和RfaH因子调控：

A）NusG是一个通用的耦合因子，与RNAP和核糖体蛋白S10相互作用，支持转录和翻译的协调。

B）RfaH是一个特定的调控因子，专门作用于具有ops位点的基因，通过调节RNAP的暂停和加载RfaH来调控转录。

最近，有研究者们通过冷冻电镜解析了RfaH耦合的转录-翻译复合体（TTCs）的结构，比较了两种不同的状态：

A）碰撞TTCs（Collided TTCs）：这些复合体显示RNAP和核糖体之间的碰撞，通常不包含NusA，结构上显示这些复合体可能是翻译活性较低或不活跃的状态。

B）耦合TTCs（Coupled TTCs）：这些复合体能够容纳NusA，并展示了功能性的转录-翻译耦合，NusG和RfaH在其中分别与RNAP和核糖体相互作用。

在耦合TTCs中，NusG通过N端和C端结构与RNAP和核糖体相连。RfaH也被假设为类似桥接RNAP和核糖体，但目前对于RfaH耦合的TTC在ops位点和位点下游之间的结构差异仍未完全明确。

2024年8月8日，美国新泽西州大学Richard H. Ebright团队在Nature Structural & Molecular Biology上发表了一篇题为“Structural basis of RfaH-mediated transcription–translation coupling”的论文，通过冷冻电镜分析了RfaH包含的碰撞TTCs和耦合TTCs的原子结构，确定了RfaH偶联TTC的结构，并为进一步研究RfaH在翻译起始和转录-翻译偶联中的作用提供了基础。

文章索引

【标题】Structural basis of RfaH-mediated transcription–translation coupling

【发表期刊】Nature Structural & Molecular Biology

【发表日期】2024年8月8日

【作者及团队】美国新泽西州大学Richard H. Ebright团队

【IF】12.5

研究结果

一. 结构测定

作者使用合成核酸支架来研究RfaH含量的转录-翻译复合体（TTCs）的结构。支架包括转录延伸复合体（TEC）的DNA和mRNA、mRNA AUG密码子和一个具有7-10个密码子的间隔区。

通过将这些支架与RNA聚合酶（RNAP）、RfaH、NusA和核糖体孵育，形成不同的TTCs，然后利用冷冻电镜确定了复合体的结构。

二. 含RfaH的碰撞型转录-翻译复合体

含RfaH的碰撞型转录-翻译复合体（RfaH-TTC-A）的结构显示，RfaH-N端与RNAP和DNA相互作用，而RfaH-C端无序。

这个复合体中的RNAP与核糖体之间的界面较大，预计会抑制核糖体的正常翻译活动，表明该复合体仅在核糖体与RNAP碰撞时形成，并不参与正常的转录-翻译偶联。

三. 含有RfaH的偶联转录-翻译复合体（TTC）在含有ops位点的DNA上的翻译

在含有ops位点的DNA上，作者获取了含RfaH的偶联转录-翻译复合体的结构，这种结构存在于RfaH依赖的转录-翻译耦合过程中。通过使用具有不同mRNA间隔长度的核酸模板，他们发现这些复合体的结构组织相同。

RfaH通过桥接RNAP和核糖体，耦合转录延伸复合体和核糖体。RfaH-N与RNAP的相互作用与先前研究中的一致，而RfaH-C与核糖体蛋白S10相互作用，这点类似于NusG偶联的TTC。

此外，作者还获得了在NusA存在下的RfaH偶联复合体的结构，这些结构显示NusA通过形成第二个桥梁来进一步稳定RfaH-TTC-Bops。

RfaH的刚性连接件较高，使得这些复合体在耦合过程中具有更高的结构同质性，导致更快的耦合动力学和更高的转录-翻译耦合效率。

四. RfaH偶联的转录-翻译复合体在非ops位点DNA上的结构

研究团队研究了RfaH偶联的转录-翻译复合体在非ops位点DNA上的结构，发现这些结构与在ops位点上的基本相同，除了RfaH与DNA的特异性相互作用消失外，结构模式仍然保持稳定。这表明RfaH可以在离开ops位点后继续维持转录-翻译偶联功能。

总结

RfaH介导了细菌的转录-翻译偶联，其通过N端与RNA聚合酶（RNAP）和C端与核糖体相互作用。本文研究显示，与NusG相比，RfaH偶联的转录-翻译复合体（TTC）中RNAP和核糖体的相对位置和方向更为固定，这表明RfaH在TTC的结构保持一致。这些发现明确了RfaH偶联TTC的结构，为进一步研究RfaH在翻译起始和转录-翻译偶联中的作用提供了基础。

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