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Crl 通过连接 σ 和 RNA 聚合酶进行转录激活的结构基础。

Structural basis for transcription activation by Crl through tethering of σ and RNA polymerase.

机构信息

Tri-Institutional Training Program in Chemical Biology, The Rockefeller University, New York, NY 10065.

Laboratory of Molecular Biophysics, The Rockefeller University, New York, NY 10065.

出版信息

Proc Natl Acad Sci U S A. 2019 Sep 17;116(38):18923-18927. doi: 10.1073/pnas.1910827116. Epub 2019 Sep 4.

Abstract

In bacteria, a primary σ-factor associates with the core RNA polymerase (RNAP) to control most transcription initiation, while alternative σ-factors are used to coordinate expression of additional regulons in response to environmental conditions. Many alternative σ-factors are negatively regulated by anti-σ-factors. In , , and many other γ-proteobacteria, the transcription factor Crl positively regulates the alternative σ-regulon by promoting the association of σ with RNAP without interacting with promoter DNA. The molecular mechanism for Crl activity is unknown. Here, we determined a single-particle cryo-electron microscopy structure of Crl-σ-RNAP in an open promoter complex with a σ-regulon promoter. In addition to previously predicted interactions between Crl and domain 2 of σ (σ), the structure, along with -benzoylphenylalanine cross-linking, reveals that Crl interacts with a structural element of the RNAP β'-subunit that we call the β'-clamp-toe (β'CT). Deletion of the β'CT decreases activation by Crl without affecting basal transcription, highlighting the functional importance of the Crl-β'CT interaction. We conclude that Crl activates σ-dependent transcription in part through stabilizing σ-RNAP by tethering σ and the β'CT. We propose that Crl, and other transcription activators that may use similar mechanisms, be designated σ-activators.

摘要

在细菌中,主要 σ 因子与核心 RNA 聚合酶(RNAP)结合,控制大多数转录起始,而其他 σ 因子则用于协调环境条件下额外调控子的表达。许多其他 σ 因子受到反 σ 因子的负调控。在 、 以及许多其他 γ-变形菌中,转录因子 Crl 通过促进 σ 与 RNAP 的结合来正向调控替代 σ 调控子,而无需与启动子 DNA 相互作用。Crl 活性的分子机制尚不清楚。在这里,我们在具有 σ 调控子启动子的开放启动子复合物中确定了 Crl-σ-RNAP 的单颗粒冷冻电子显微镜结构。除了先前预测的 Crl 与 σ 结构域 2(σ)之间的相互作用外,该结构以及 -苯甲酰基苯丙氨酸交联,揭示了 Crl 与我们称为 β'-夹钳脚趾(β'CT)的 RNAP β'-亚基的结构元件相互作用。β'CT 的缺失会降低 Crl 的激活作用,而不影响基础转录,这突出了 Crl-β'CT 相互作用的功能重要性。我们得出结论,Crl 通过将 σ 和 β'CT 固定在一起来部分稳定 σ-RNAP,从而激活 σ 依赖性转录。我们建议将 Crl 和其他可能使用类似机制的转录激活因子指定为 σ-激活因子。

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