基因剪刀如何精准开启基因开关：一种新型“关闭版”Cas12f蛋白协同RNA和转录机器启动基因表达的机制

在自然和人工设计的生物系统中，RNA引导的蛋白质已成为关键的转录调控因子，它们通过调控RNA聚合酶（RNAP）及其辅助因子来影响基因表达。在细菌中，多种经改造的TnpB蛋白和CRISPR相关蛋白可通过阻断转录起始或延伸来抑制基因表达，从而实现非经典的调控方式和适应性免疫。而另一类特殊的、失去核酸酶活性的Cas12f同源蛋白（dCas12f），则反其道而行之——它能激活基因表达，其作用依赖于与一类独特的胞外功能（ECF）σ因子σᴱ的结合。但这一激活过程的分子机制长期不清楚。本研究以海洋细菌Flagellimonas taeanensis为对象，利用冷冻电镜技术解析了dCas12f–σᴱ复合物及其与RNA聚合酶结合的多个结构状态，首次揭示了一种全新的RNA引导式转录起始模式。研究人员捕获了包括DNA结合态的dCas12f–σᴱ–RNAP全酶复合物在内的多种构象和组分状态，清晰展示了：向导RNA如何引导dCas12f结合靶DNA，进而招募σᴱ和RNA聚合酶，并在R环下游精确距离处启动新生mRNA合成。值得注意的是，这一过程并不遵循经典的σᴱ依赖型启动子识别范式——传统上由σᴱ识别的启动子-35区，如今主要由CRISPR-Cas系统完成靶向；而原本需插入标准识别口袋才能稳定的-10区DNA解链结构，则是通过一种罕见的碱基堆叠相互作用得以维持，而非经典方式。综上，这项工作以高分辨率结构揭示了一种出人意料的RNA引导转录机制，不仅拓展了我们对细菌基因调控复杂性的理解，更开辟了可编程转录调控的新路径，未来有望用于精准、灵活地开关特定基因。