自青霉素問世之后的80年來,，我們依賴各種抗生素抵擋細菌的侵襲,。但隨著耐藥菌不斷涌現(xiàn)，這個堡壘正變得岌岌可危,。以結核病為例,，據(jù)WHO估計,，僅2006年就有170萬人死于結核病。同時,，耐藥菌株使利福霉素療效大打折扣,。開發(fā)對耐藥菌感染有效的抗生素迫在眉睫。
最近,，三種由黏細菌(myxobacteria)產生的抗菌物質myxopyronin,、corallopyronin和ripostatin引起廣泛關注。在體外研究中,，它們對包括耐藥結核菌和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)在內的多種細菌表現(xiàn)出極強活性,。這三種物質在上世紀80—90年代就被分離出來，但因人們未能探明它們的抗菌作用機制而被束之高閣,。
要將大自然的饋贈升華為可人工合成的藥品,，首先需解開的謎團是：它們如何攻破了耐藥菌的銅墻鐵壁？近日,，來自美國羅格斯大學和德國赫爾姆霍茨感染研究中心的科學家初步揭示了myxopyronin(myx)獨特的作用位點和機制,，為基于此類天然物質合成廣譜高效抗生素邁出破冰一步。該成果發(fā)表在2008年10月17日的《細胞》雜志上（Cell 2008,，135(2)：295）,。
RNAP有兩個蟹鉗狀結構域，“蟹鉗”可圍繞底部“開關區(qū)”進行30°旋轉而處于閉合(A)或開放(B)狀態(tài),。“蟹鉗”開放時允許DNA進入并與催化槽相結合(C),，然后閉合將DNA關閉在內(D)。此時啟動子融合,，轉錄過程開始,。Myx 與“開關區(qū)”結合后，阻止“蟹鉗”開放,，使DNA不能結合(E),。
第一步 剖析靶點結構
Myxopyronin、corallopyronin和ripostatin的作用靶點是細菌的RNA聚合酶(RNAP),。對于抗生素研發(fā)人員,，這是個很理想的靶點。首先,，它是遺傳轉錄過程中必需的酶,，是細菌繁殖過程的關鍵一環(huán)。其次,，RNAP由各個亞單位構成,，很可能包含多個小分子結合位點。此外，即使是最保守的亞單位,，仍在細菌與真核細胞間有足夠差異,，使藥物可以特異性地作用于細菌。
細菌RNAP呈蟹鉗樣結構,，“蟹鉗”打開時允許DNA進入并與催化槽結合,，然后合攏將DNA關閉在內。這可能與啟動子融合過程同時進行,，繼而轉錄開始,。操縱“蟹鉗”開關的鉸鏈由“開關區(qū)”(switch region)基因編碼。
第二步 鎖定結合位點
研究者篩選出125個耐myx大腸桿菌菌株,，從中發(fā)現(xiàn)了RNAP“開關區(qū)”內13個獨特殘基,，其中任何一個突變均破壞myx結合，導致菌株耐藥,。這提示“開關區(qū)”是myx的結合部位,。myx通過抑制“蟹鉗”的開合發(fā)揮變構效應，具有一種不同于現(xiàn)有抗生素的獨特機制,。
有趣的是,，所有13個殘基在不同細菌的RNAP中都是保守(即高度相似)的，這可以解釋myx對G+和G-菌的廣譜抗菌活性,。其中3個殘基在真核細胞RNAP中不保守,，允許myx特異性地作用于細菌,。
第三步 探索作用機制
在一系列體外研究中,，研究者發(fā)現(xiàn)，只有先加myx,、后加啟動子DNA時,，myx才能抑制啟動子融合，反之則沒有作用,。并且,，如果啟動子缺乏DNA雙鏈區(qū)，myx也不能發(fā)揮作用,。這提示myx可將“蟹鉗”鎖定于關閉或半關閉狀態(tài),，使之不能容納DNA雙鏈。
Corallopyronin和ripostatin的作用模式可能與myx相似,。事實上,，如果某個大腸桿菌菌株對這三種物質中的一種耐藥，幾乎對另兩種也都耐藥,。
自然界產生的抗菌物質為什么“偏好”攻擊RNAP集中構象改變的位點,？答案不得而知，但作為RNAP不同結構域之間的關節(jié)，這些位點或許恰似盔甲中的裂縫,，成為利劍易于刺入的薄弱環(huán)節(jié),。
該成果是20年來細菌RNAP相關研究的最新篇章。明確myx-RNAP結構和作用機制后,，我們就有可能對myx的結構進行修飾,，增強它對RNAP的親和力和作用效果，合成廣譜高效的抗生素,，使致死性感染患者重獲生機,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原始出處：
Cell，Volume 135, Issue 2, 295-307, 17 October 2008,，Jayanta Mukhopadhyay, Eddy Arnold, Richard H. Ebright
The RNA Polymerase Switch Region Is a Target for Inhibitors
Jayanta Mukhopadhyay1,2,4,6,Kalyan Das3,4,6,Sajida Ismail1,2,4,David Koppstein1,2,4,Minyoung Jang1,2,4,Brian Hudson3,4,Stefan Sarafianos3,4,Steven Tuske3,4,Jay Patel3,4,Rolf Jansen5,Herbert Irschik5,Eddy Arnold3,4,,andRichard H. Ebright1,2,4,,
1 Howard Hughes Medical Institute, Rutgers University, Piscataway, NJ 08854, USA
2 Waksman Institute, Rutgers University, Piscataway, NJ 08854, USA
3 Center for Advanced Biotechnology and Medicine, Rutgers University, Piscataway, NJ 08854, USA
4 Department of Chemistry and Chemical Biology, Rutgers University, Piscataway, NJ 08854, USA
5 Helmholtz Centre for Infection Research, Inhoffenstrae 7, D-38124 Braunschweig, Germany
SUMMARY
The α-pyrone antibiotic myxopyronin (Myx) inhibits bacterial RNA polymerase (RNAP). Here, through a combination of genetic, biochemical, and structural approaches, we show that Myx interacts with the RNAP switch regionthe hinge that mediates opening and closing of the RNAP active center cleftto prevent interaction of RNAP with promoter DNA. We define the contacts between Myx and RNAP and the effects of Myx on RNAP conformation and propose that Myx functions by interfering with opening of the RNAP active-center cleft during transcription initiation. We further show that the structurally related α-pyrone antibiotic corallopyronin (Cor) and the structurally unrelated macrocyclic-lactone antibiotic ripostatin (Rip) function analogously to Myx. The RNAP switch region is distant from targets of previously characterized RNAP inhibitors, and, correspondingly, Myx, Cor, and Rip do not exhibit crossresistance with previously characterized RNAP inhibitors. The RNAP switch region is an attractive target for identification of new broad-spectrum antibacterial therapeutic agents.
