近日，上海交大微生物代谢国家重点实验室徐俊课题组联合系统生物医学研究院达林泰团队在国际权威期刊《Nucleic Acids Research》在线发表题为“High hydrostatic pressure promotes gene transcription via a cystathionine-β-synthase domain containing protein in the hyperthermophilic archaeon Pyrococcus yayanosii”的研究论文。该研究综合运用遗传、生化和计算的方法阐明了深海来源超嗜热嗜压古菌（P. yayanosii）中新型转录调控蛋白HhpR在高静水压下激活基因表达的分子机制。上海交通大学生命科学技术学院博士研究生李聪和系统生物医学研究院博士研究生李思远为论文共同第一作者，徐俊教授和达林泰研究员为共同通讯作者。

深海环境的高静水压是深海微生物进化的关键驱动因素，但当前对于微生物如何适应高静水压力的理解仍然有限。高静水压对细胞的许多生理活动产生显著影响，在引发的系列应激反应中伴随有基因表达的复杂调控。胱硫醚β-合酶（CBS）结构域广泛存在于生命三域系统中，仅由CBS结构域组成的蛋白质的生物学功能尚未被解析。这项研究发现了超嗜热嗜压古菌中仅由四个CBS结构域组成的HhpR为转录激活蛋白。HhpR与位于古菌启动子保守的TATA-box上游的UAS（Upstream Activation Site）基序特异性结合，在高静水压条件（52 MPa）下激活基因的表达。通过分子对接和体外EMSA实验，揭示了HhpR与DNA的核心结合位点。分子动力学模拟发现HhpR主要通过K67-D69的环型结构以及氨基酸位点184-229的茎环区域（称为Arm）与启动子相互作用。针对模拟结果对HhpR进行体内和体外突变实验，表明Arm区域对于HhpR的压力诱导转录激活功能起着至关重要的作用。通过进一步分析确定了Arm区域中S192是决定HhpR在高静水压条件下构象变化的关键位点。此外，该研究发现HhpR同源蛋白在热球菌中广泛分布，暗示这一类蛋白作为通用转录激活因子在调控超嗜热古菌基因表达过程中发挥普遍作用。

图1. 超嗜热嗜压古菌P. yayanosii的调控蛋白HhpR中Arm区在不同静水压下的变构影响其转录激活活性

论文链接：

https://academic.oup.com/nar/article/53/1/gkae1289/7944729