两篇《Nature》文章：延伸三维复合体与抗生素的作用方式

　　

生物通报道：关于一种在细菌遗传信息转移中发挥重要作用的酶的新发现，有助于研制效果更好的抗生素。研究人员利用功能强大的成像技术首次在原子水平上观察细菌和抗生素之间的相互作用，详细内容刊登于《Nature》杂志两篇文章中。两篇文章的共同作者、俄亥俄州立大学微生物学副教授Irina Artsimovitch说，这项工作提供了一种在启动细菌基因中发挥关键作用的酶的最为详细结构。

第一篇文章介绍，Artsimovitch等获得了延伸三维复合物(elongation complex,一种由RNA聚合酶形成的结构)的细节图像。RNA聚合酶负责启动基因表达，功能异常会导致细胞死亡。“RNA聚合酶大部分工作时间处于延伸三维复合体中，” Artsimovitch说，“从生理学角度看，这种结构非常重要，不仅是因为抗生素设计，而且许多疾病如遗传性癌症都与此复合体缺陷有关。”
 
Artsimovitch与其同事采用极端嗜热菌（Thermus thermophilus）进行实验。当T.thermophilus不再对人体有威胁时，其被广泛用于收集分子水平的结构信息。

研究人员首先分离T.thermophilus的RNA聚合酶，然后将RNA聚合酶与DNA和RNA混合，得到有活性的延伸三维复合体，结晶后，利用X-ray结晶学成像技术对晶体进行检测。

第二篇文章介绍抗生素利链菌素（streptolydigin）阻断转录的机制。研究人员早已知道，利链菌素抑制RNA聚合酶的活性，不清楚的是控制这种机制的物质。通过检测X-ray图像，Artsimovitch等发现利链菌素通过将延伸三维复合体锁定在无活性状态而抑制复合体的正常运转。

他们发现一种环状元件，在每次延伸三维复合体向正在生长的RNA链添加一个核苷时都会关闭。为使下一个循环进行，这种环必需重新打开。如果某种物质如抗生素，将这种环锁定在关闭状态，RNA聚合酶不能正确发挥功能。

Artsimovitch说，这种环是利链菌素等抗生素的靶标，如果能够设计出预防其运动的新药，就能立刻停止RNA聚合酶的运转，细菌随即死亡。这种可移动的环可能是所有活体生物调节转录的热点，采用抗生素或是通过操作细胞因素都可实现。（生物通 小粥）

                   

图：绿色“面条”代表RNA聚合酶。核酸好似链上的珍珠：红色和蓝色珠子形成DNA链，结构中隐藏的绿色珠子代表RNA。青色的是将要添加在结构上的核苷，洋红色代表的是可移动环。

解决抗生素耐药问题可以细菌RNA聚合酶为靶点

细菌RNA聚合酶是很多抗生素药物的靶点。美国阿拉巴马大学伯明翰分校的Vassylyev等近日报告,细菌中RNA聚合酶的启动环对DNA转录中链延伸具有重要意义。这可能有助于增强抗生素的效力并可能帮助解决抗生素的耐药问题。(Nature 2007年6月20在线发表)

　　研究者在极端嗜热菌DNA转录过程中,采用细菌RNA聚合酶抑制剂利链菌素抑制核苷酸底物进入活动位点,观察RNA聚合酶的变化情况。在未加利链菌素的情况下,底物通过RNA聚合酶启动环(TL)再折叠进入双α螺旋结构而结合到活性位点。加利链菌素的情况下,TL不发生再折叠,处于无活性的稳定构型,DNA转录因而中止。

　　该结果提示,TL的再折叠对于细菌RNA聚合酶的活性和DNA转录中链的延伸具有重要的催化作用。将该聚合酶冻结在不发生再折叠的无活性状态将可以阻止细菌复制,从而成为新抗生素的设计方向。

　　该校网站上有消息称,研究者还发现了人和细菌RNA聚合酶更多差异,意味着未来抗生素将只杀死细菌,而不伤害健康的人类细胞。这不仅提供了新的抗生素探索方向,还可用来改进已有的药物。例如,某些抗菌素本身杀菌效力很强,但却难以穿透细胞膜,所以缺乏临床疗效。对于细菌RNA聚合酶的详细观察,为生产出能够有效进入细胞、与RNA聚合酶结合并杀死细菌而不抑制人类细胞生长的药物提供了基础。