一种“甜甜圈”形状的蛋白质解开后，启动细菌细胞分裂

细胞分裂是所有生命体生存的基础，依赖于众多蛋白质与调控因子的精密协作。在大多数细菌中，相关基因集中在一个名为dcw（division and cell wall）的操纵子内，该操纵子同时编码细胞分裂所需蛋白和细胞壁构建蛋白。dcw操纵子的开启由转录因子控制，它们需结合到DNA上特定的启动子区域（位于首个蛋白编码起始密码子前方）。其中，MraZ蛋白既是dcw操纵子的第一个基因产物，也是激活整个操纵子的关键开关：它一启动，细菌就获得分裂所需的全套“工具”。西班牙巴塞罗那自治大学（UAB）大卫·雷韦特（David Reverter）教授团队利用X射线晶体学和冷冻电镜技术，在最小基因组模型菌——生殖支原体（Mycoplasma genitalium）中，首次清晰解析了MraZ蛋白与dcw启动子DNA的结合机制。他们发现，启动子区域含有4段完全相同的6碱基重复序列（称作“box”）。出人意料的是，MraZ天然以8个相同亚基组成的环状八聚体（形似甜甜圈）存在，但其原始结构曲率过大，根本无法同时接触4个box；为完成调控，该蛋白必须发生显著构象变化——环状结构局部解离并变形，使其中4个亚基分别精准结合到4个box上。这一“环裂-适配”机制此前从未被直接观测到。该发现不仅首次在原子尺度揭示了细菌细胞分裂的启动开关，更突破了以往仅靠生化实验和计算机模拟推测机制的局限。由于所有已知细菌的MraZ蛋白结构高度保守，且调控细胞分裂的操纵子启动子序列也高度相似，研究者认为这一调控原理很可能普遍适用于绝大多数细菌，对基础微生物学及新型抗菌药物研发具有重要价值。本研究是UAB、西班牙ALBA同步辐射光源及法国斯特拉斯堡遗传与分子细胞生物学研究所冷冻电镜平台三方合作的成果。