在国家重点研发计划等项目资助下，中国科学院南海海洋研究所研究员王晓雪团队在融合型七型毒素-抗毒素（TA）系统的多重调控机制研究方面取得重要进展。相关成果近日发表于《核酸研究》（Nucleic Acids Research）。

毒素-抗毒素系统广泛存在于细菌等原核生物中，在微生物适应不同环境条件过程中发挥重要功能。七型TA系统由王晓雪团队于2020年首次报道，其核心特征在于抗毒素通过酶促反应对毒素进行翻译后修饰。

融合型FhepTA与经典HepT/MntA Ⅶ型TA系统中毒素活性调控模式图。研究团队供图

除经典的双顺反子结构外，原核生物基因组中还普遍存在一类特殊的融合型TA系统，其MNT抗毒素结构域与HEPN毒素结构域融合在同一条多肽链中。然而，融合型TA系统的调控机制一直是领域内未解的关键问题：在融合型系统中，MNT与HEPN以1:1的比例存在，系统如何实现对毒素的精确沉默，又如何在环境压力下快速释放毒素活性？

针对上述科学问题，研究团队以海洋希瓦氏菌为研究对象，综合利用生物信息学、生物化学与结构生物学等方法，首次鉴定出一类全新的融合型七型TA系统——FhepTA，并通过体内与体外实验解析了其毒素结构域的多重“沉默-激活”机制。研究表明，FhepTA通过三重精密调控实现毒素的智能开关功能：

第一重，MNT结构域利用ATP为底物，通过分子内自催化反应对HEPN结构域进行三腺苷酸化修饰，为毒素贴上“失活标签”；第二重，MNT结构域通过空间位阻效应直接阻断HEPN结构域的二聚化，从根本上抑制其RNase活性，这是比腺苷酸化修饰更基础、更核心的沉默机制；第三重，HEPN结构域利用其特有的半胱氨酸残基形成氧化还原敏感的二硫键，根据胞内氧化还原状态灵活调控毒素活性。FhepTA在正常生理条件下处于完全沉默状态；在低ATP的还原条件下，MNT结构域被Lon蛋白酶逐步降解，从而精准释放毒素HEPN的活性，实现对RNA水平的代谢调控。

毒素结构域HEPN是一种RNA内切酶（亦可水解真核生物RNA），其与抗毒素结构域之间的柔性连接区为其改造提供了可能。研究团队发现，将该连接区替换为真核病毒蛋白酶识别的序列后，将改造后的蛋白导入真核细胞，可实现毒素结构域在感染细胞中的定向激活，从而靶向清除感染细胞（相关成果已获专利授权）。此外，HEPN毒素结构域精密的调控模式也为其进一步开发为RNA分析及检测工具提供了新的理论基础。

相关论文信息：https://doi.org/10.1093/nar/gkag228