血红素结合细菌转录因子SqrR/YgaV通过氧依赖性硫化氢转化为多硫化物调控基因表达的分子机制

研究人员针对细菌如何感知硫化氢(H2S)和多硫化物(RSS)这一科学问题，通过比较SqrR和YgaV两种转录因子的生化特性，揭示了血红素通过氧依赖性催化将H2S转化为多硫化物并调控基因表达的新机制，为理解细菌在动态氧/硫环境中的适应性进化提供了重要见解。

　　

在微生物生存的复杂环境中，硫化氢(H₂S)和多硫化物(RSS)作为关键的信号分子，在氧化应激和氧化还原平衡调控中扮演着重要角色。然而，细菌如何精确区分并响应这些化学性质相近的硫化物，特别是在氧气水平波动的环境中，一直是微生物信号转导领域的未解之谜。东京理科大学生命科学技术系的Ryoma Iwata和Shinji Masuda团队在《Redox Biology》发表的研究，通过比较来自紫色光合细菌Rhodobacter capsulatus的SqrR和大肠杆菌Escherichia coli的YgaV这两种同源转录因子，揭示了血红素在氧依赖性硫感知中的核心作用。

研究主要运用了非还原性SDS-PAGE结合硫醇特异性标记(AMS修饰)、紫外-可见吸收光谱分析、WST-8多硫化物定量检测等关键技术。通过构建重组蛋白系统，研究人员在严格控制的需氧/厌氧条件下，系统评估了血红素结合对不同氧化状态下蛋白质结构和功能的影响。

1.1 Apo-SqrR和apo-YgaV特异性响应多硫化物

研究发现，两种转录因子的脱辅基形式(apo-form)对无机多硫化物(Na₂S₂)的敏感性比对H₂S供体(Na₂S)高100倍，证实它们直接感知的是多硫化物而非H₂S本身。

1.2 半胱氨酸氧化状态调控血红素配位

紫外光谱显示，还原态半胱氨酸支持六配位血红素，而氧化形成四硫键后转变为五配位状态。这种构象变化不依赖于血红素铁的价态(Fe²⁺/Fe³⁺)，且DNA结合不影响血红素配位。

1.3 血红素结合增强需氧条件下的H₂S响应性

在氧气存在下，血红素使SqrR和YgaV对H₂S的敏感性分别提高40倍和15倍。WST-8检测证实血红素催化H₂S氧化生成多硫化物，这些活性分子随后被用于半胱氨酸修饰。

1.4 血红素抑制厌氧条件下的多硫化物反应性

有趣的是，厌氧环境中血红素结合反而抑制了多硫化物的反应性，特别是当血红素铁为Fe³⁺时。这表明血红素通过"分子开关"机制，根据氧环境调节硫感知的敏感性。

这项研究首次阐明血红素在细菌硫感知中的双重调控作用：在需氧条件下促进H₂S转化为多硫化物并激活信号通路，在缺氧时则抑制多硫化物反应性。这种精巧的氧依赖性调控机制，反映了SqrR和YgaV在进化过程中对其生态位(富硫水体vs肠道环境)的完美适应。研究不仅深化了对微生物硫代谢的理解，也为开发新型硫信号调控工具提供了分子基础。特别值得注意的是，该发现可能解释某些病原菌(如大肠杆菌)在宿主肠道低氧环境中维持硫稳态的机制，为针对细菌硫代谢途径的抗菌策略提供了新思路。