外周精氨酸磷酸化调控CtsR温度感应机制：McsB在细菌热激响应中的关键作用

【编辑推荐】本研究通过单分子荧光技术（FISA/PIFE）首次揭示精氨酸激酶McsB通过磷酸化CtsR外周精氨酸残基（而非核心位点）调控其温度感应行为，阐明了kon=0.75 μM-1s-1、koff=0.34 s-1的动态结合特征，为细菌应激响应提供了"由外周向核心渐进"的磷酸化调控新范式。

　　

Highlight

当细菌感知环境温度升高时，精氨酸激酶McsB会磷酸化并失活转录抑制因子CtsR，从而启动热激基因表达。我们开发了基于光异构化荧光增强效应（photoisomerisation-related fluorescence enhancement，简称PIFE）的荧光强度位移检测技术（FISA），实时监测DNA-CtsR-McsB相互作用。单分子分析显示，CtsR能快速稳定地结合靶DNA，而McsB可在DNA上原位与CtsR发生瞬时相互作用。通过实时结合实验测得结合动力学参数k_on=0.75 μM^-1s^-1、k_off=0.34 s^-1。这种相互作用虽不直接解离CtsR-DNA复合物，但能降低CtsR解离的温度阈值，改变其温度感应行为。

Discussion

我们的结果表明，McsB在室温下可与DNA结合的CtsR形成瞬时相互作用。由于核心精氨酸残基（R28/R49/R62）在复合物中被保护，McsB主要磷酸化CtsR外周精氨酸位点。质谱分析和分子模拟显示，这些磷酸化通过降低CtsR-DNA结合能，使复合物对温度更敏感。这揭示了"由外周向核心渐进"的调控机制：McsB先松动复合物外围结构，为后续核心精氨酸磷酸化创造条件，最终完全失活CtsR。该发现深化了对精氨酸磷酸化调控细菌应激响应的理解。

Conclusion

本研究阐明了McsB通过外周精氨酸磷酸化调控CtsR温度感应的分子机制，为细菌应对环境压力提供了新的理论框架。这种分级磷酸化策略可能普遍存在于其他应激响应系统，为开发新型抗菌药物提供了潜在靶点。