Spx is a global transcriptional regulator in Gram-positive bacteria and has been inferred to efficiently activate transcription upon oxidative stress by engaging RNA polymerase (RNAP) and promoter DNA. However, the precise mechanism by which it interacts with RNAP and promoter DNA to initiate transcription remains obscure. Here, we report the cryo-EM structure of an intact Spx-dependent transcription activation complex (Spx–TAC) from Bacillus subtilis at 4.2 Å resolution. The structure traps Spx in an active conformation and defines key interactions accounting for Spx-dependent transcription activation. Strikingly, an oxidized Spx monomer engages RNAP by simultaneously interacting with the C-terminal domain of RNAP alpha subunit (αCTD) and σA. The interface between Spx and αCTD is distinct from those previously reported activators, indicating αCTD as a multiple target for the interaction between RNAP and various transcription activators. Notably, Spx specifically wraps the conserved –44 element of promoter DNA, thereby stabilizing Spx–TAC. Besides, Spx interacts extensively with σA through three different interfaces and promotes Spx-dependent transcription activation. Together, our structural and biochemical results provide a novel mechanistic framework for the regulation of bacterial transcription activation and shed new light on the physiological roles of the global Spx-family transcription factors.

中文翻译：

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全球调节因子 Spx 转录激活的结构基础

Spx 是革兰氏阳性菌中的一种全球转录调节因子，已被推断为通过接合 RNA 聚合酶 (RNAP) 和启动子 DNA 在氧化应激时有效激活转录。然而，它与 RNAP 和启动子 DNA 相互作用以启动转录的确切机制仍然不清楚。在这里，我们报告了来自枯草芽孢杆菌的完整的 Spx 依赖性转录激活复合物 (Spx-TAC) 的冷冻电镜结构，分辨率为 4.2 Å。该结构将 Spx 捕获在活性构象中，并定义了解释 Spx 依赖性转录激活的关键相互作用。引人注目的是，一种氧化的 Spx 单体通过同时与 RNAP α 亚基 (αCTD) 和 σA 的 C 端结构域相互作用来参与 RNAP。Spx 和 αCTD 之间的界面与之前报道的激活剂不同，表明αCTD是RNAP与各种转录激活因子相互作用的多靶点。值得注意的是，Spx 特异性包裹了启动子 DNA 的保守 –44 元素，从而稳定了 Spx-TAC。此外，Spx 通过三个不同的界面与 σA 广泛相互作用，并促进 Spx 依赖性转录激活。总之，我们的结构和生化结果为调节细菌转录激活提供了一个新的机制框架，并为全球 Spx 家族转录因子的生理作用提供了新的启示。Spx 通过三个不同的界面与 σA 广泛相互作用并促进 Spx 依赖性转录激活。总之，我们的结构和生化结果为调节细菌转录激活提供了一个新的机制框架，并为全球 Spx 家族转录因子的生理作用提供了新的启示。Spx 通过三个不同的界面与 σA 广泛相互作用并促进 Spx 依赖性转录激活。总之，我们的结构和生化结果为调节细菌转录激活提供了一个新的机制框架，并为全球 Spx 家族转录因子的生理作用提供了新的启示。