近日，上海科技大学物质科学与技术学院季泉江课题组的研究揭示了铜绿假单胞菌氨基糖苷类抗生素耐受性与RccR（一种 RpiR 家族的转录调控因子）介导的中心碳代谢调控的联系，阐明了RccR感应代谢中间体2-酮-3脱氧-6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）的分子机制，成果发表于《核酸研究》（Nucleic Acids Research）。
铜绿假单胞菌是一种具有代谢多样性的革兰氏阴性机会致病菌，其复杂转录因子网络可调节细胞代谢状态，以快速适应不断变化的环境。这一能力使其成功耐受抗生素和逃避宿主免疫防御，成为一种会造成多种感染的多重耐药菌。目前铜绿假单胞菌的基因转录调控、代谢状态和抗生素耐受性之间的联系仍不明确。
图1：转录因子RccR的碳代谢通路调控及抗生素耐受性机制示意图
研究人员利用抗生素筛选铜绿假单胞菌中基于CRISPR-Cas12k构建的转录因子突变文库，发现rccR是氨基糖苷类抗生素耐受性的主要遗传决定因子，rccR基因的突变体显著增强了细菌对氨基糖苷类抗生素的耐受性。作为RpiR家族中的一种转录调控因子，RccR蛋白具有典型的DNA结合结构域（DBD）和糖异构酶结构域（SIS），在碳代谢通路的调控中具有重要作用。
研究发现，RccR会抑制丙酮酸代谢（aceE/F）和乙醛酸代谢（aceA和glcB）通路中基因的表达，敲除rccR后，这些基因的表达会增加。此外，分别过表达aceA和glcB基因会增强细菌对氨基糖苷类抗生素的耐受性，由此推测rccR敲除突变株对氨基糖苷类抗生素耐受性的增强可能与乙醛酸代谢通路的激活相关。
此外还发现，RccR与Entner–Doudoroff（缺乏完整糖酵解的细菌替代途径）通路代谢中间体KDPG存在较强的结合，该结合作用还会影响RccR的调控功能。当KDPG存在时，会减弱RccR与aceE启动子DNA的结合，增强RccR与aceA和glcB启动子DNA的结合，使RccR能够在丙酮酸代谢和乙醛酸代谢位点之间切换抑制作用，从而响应碳源的可用性。为进一步确认RccR响应KDPG的分子机制，研究人员解析了RccR/KDPG复合物的晶体结构，并验证了与KDPG相互作用的氨基酸在RccR调控基因表达过程及碳代谢通路中的关键作用。
本工作阐明了RccR介导的碳代谢通路的调控机制，增进了对 RpiR 转录因子家族的结构生物学理解，并为开发铜绿假单胞菌的新型抗感染策略提供了重要基础。
图2：RccR/KDPG复合物结构特征示意图