Streptomyces coelicolor (Sc) is a model organism of actinobacteria to study morphological differentiation and production of bioactive metabolites. Sc zinc uptake regulator (Zur) affects both processes by controlling zinc homeostasis. It activates transcription by binding to palindromic Zur-box sequences upstream of −35 elements. Here we deciphered the molecular mechanism by which ScZur interacts with promoter DNA and Sc RNA polymerase (RNAP) by cryo-EM structures and biochemical assays. The ScZur-DNA structures reveal a sequential and cooperative binding of three ScZur dimers surrounding a Zur-box spaced 8 nt upstream from a −35 element. The ScRNAPσHrdB-Zur-DNA structures define protein-protein and protein-DNA interactions involved in the principal housekeeping σHrdB-dependent transcription initiation from a noncanonical promoter with a −10 element lacking the critical adenine residue at position −11 and a TTGCCC −35 element deviating from the canonical TTGACA motif. ScZur interacts with the C-terminal domain of ScRNAP α subunit (αCTD) in a complex structure trapped in an active conformation. Key ScZur-αCTD interfacial residues accounting for ScZur-dependent transcription activation were confirmed by mutational studies. Together, our structural and biochemical results provide a comprehensive model for transcription activation of Zur family regulators.

中文翻译：

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锌摄取调节剂激活链霉菌转录的结构基础

天蓝色链霉菌 (Sc) 是放线菌的模式生物，用于研究形态分化和生物活性代谢物的产生。Sc 锌摄取调节剂 (Zur) 通过控制锌稳态来影响这两个过程。它通过与-35 个元件上游的回文 Zur-box 序列结合来激活转录。在这里，我们通过冷冻电镜结构和生化分析破译了 ScZur 与启动子 DNA 和 Sc RNA 聚合酶 (RNAP) 相互作用的分子机制。ScZur-DNA 结构揭示了三个 ScZur 二聚体的顺序和协同结合，这些二聚体围绕在 -35 元素上游间隔 8 nt 的 Zur 盒。ScRNAPσHrdB-Zur-DNA 结构定义了参与主要管家 σHrdB 依赖性转录起始的蛋白质-蛋白质和蛋白质-DNA 相互作用，来自非规范启动子，其中 -10 元件在位置 -11 处缺乏关键腺嘌呤残基和 TTGCCC -35 元件偏离规范的 TTGACA 主题。ScZur 与处于活性构象中的复杂结构中的 ScRNAP α 亚基 (αCTD) 的 C 末端结构域相互作用。突变研究证实了解释 ScZur 依赖性转录激活的关键 ScZur-αCTD 界面残基。总之，我们的结构和生化结果为 Zur 家族调节因子的转录激活提供了一个综合模型。ScZur 与处于活性构象中的复杂结构中的 ScRNAP α 亚基 (αCTD) 的 C 末端结构域相互作用。突变研究证实了解释 ScZur 依赖性转录激活的关键 ScZur-αCTD 界面残基。总之，我们的结构和生化结果为 Zur 家族调节因子的转录激活提供了一个综合模型。ScZur 与处于活性构象中的复杂结构中的 ScRNAP α 亚基 (αCTD) 的 C 末端结构域相互作用。突变研究证实了解释 ScZur 依赖性转录激活的关键 ScZur-αCTD 界面残基。总之，我们的结构和生化结果为 Zur 家族调节因子的转录激活提供了一个综合模型。