2026年6月10日，中国科学院上海药物研究所王程远研究员与美国罗格斯大学Richard H. Ebright教授团队合作，在国际综合性学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表了题为“Structural basis of long-range transcription-translation coupling”的研究论文。研究团队通过冷冻电镜技术及体外生化实验，首次揭示了细菌中RNA聚合酶与核糖体之间远距离转录-翻译偶联的结构基础，并定义了全新的偶联复合物状态——TTC-LC。

转录和翻译是基因表达的核心过程。在细菌中，这两个过程可以同时发生并相互促进，称为转录-翻译偶联。此前研究发现，转录延伸因子NusG或RfaH可介导RNA聚合酶与核糖体形成紧密偶联复合物TTC-B，但该复合物仅能容纳较短的mRNA间隔序列。然而，当核糖体尚未追赶至RNA聚合酶附近时，也会存在远距离的偶联现象，其偶联机制并不明确。

针对上述科学问题，研究团队利用冷冻电镜单颗粒重构技术，解析了长距离间隔下NusG/RfaH介导的转录-翻译偶联复合物的高分辨率结构。实验结果表明，当mRNA间隔长度超过12个密码子时，RNA聚合酶与核糖体之间形成一种全新的偶联状态——TTC-LC（LC代表长距离与松散偶联）。在该状态下，RNA聚合酶相对于核糖体发生了约60°旋转和约70 Å平移，两者之间产生了一个约70 Å的间隙。mRNA在该间隙内形成loop结构，从而容纳了较长的mRNA间隔序列。研究发现，TTC-LC可以在核糖体追赶至RNA聚合酶时转变为紧密偶联的TTC-B，也可以在RNA聚合酶远离核糖体时由TTC-B转变回TTC-LC，这些结果揭示了TTC-LC作为转录-翻译偶联中间动态状态的重要功能。

进一步的功能实验表明，TTC-B会严重抑制RNA发夹依赖的转录终止，而TTC-LC则影响较小；此外，两者均能有效抑制Rho因子依赖的转录终止。这些发现揭示了转录-翻译偶联在调控基因表达中的重要机制。

该研究首次阐明了细菌在长mRNA间隔下实现远距离转录-翻译偶联的分子机制，提出的“转录翻译远距离偶联”模型为理解原核生物基因表达调控提供了全新视角。研究成果有望应用于合成生物学中转录-翻译系统的优化设计，并为新型抗生素的研发提供潜在靶点。

上海药物所王程远研究员与Richard H. Ebright教授为本文的共同通讯作者。上海药物所张晶副研究员为本文的共同作者。该工作获得了冷冻电镜技术平台及国家自然科学基金项目的支持。

全文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2528970123

图 转录-翻译远距离偶联复合物TTC-LC的结构模型及动态转换示意图

（供稿部门：王程远课题组；审核：刁文桐；责编：王肖成）