徐彥輝團(tuán)隊(duì)《Cell Research》揭示人源RNA 聚合酶 III轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制
?在真核生物中，三種結(jié)構(gòu)保守的RNA聚合酶（Pol I，Pol II和?Pol IIII）分別介導(dǎo)不同基因的轉(zhuǎn)錄，合成不同類(lèi)型的RNA。Pol I 定位在細(xì)胞核核仁中，主要轉(zhuǎn)錄rRNA；Pol II、Pol III均位于細(xì)胞核核質(zhì)中，其中Pol II負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄合成mRNA，?Pol III負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄合成tRNA、5S rRNA、U6 RNA等其他非編碼小RNA。Pol III是真核生物中組成最為復(fù)雜的聚合酶，包含17個(gè)亞基，可分為結(jié)構(gòu)保守的催化核心模塊和外周調(diào)控模塊。臨床試驗(yàn)證明，Pol III的突變和異常組裝會(huì)導(dǎo)致特雷徹·柯林斯綜合征、異染性腦白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良、貝克威斯韋德曼氏癥等疾病的發(fā)生。
?2021年3月5日我院徐彥輝團(tuán)隊(duì)在Cell Research雜志在線(xiàn)發(fā)表研究論文“Structure of human RNA polymerase III elongation complex”。該研究利用低溫冷凍電鏡單顆粒重構(gòu)方法，解析了原子分辨率的人源?Pol III轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物的兩種狀態(tài)（backtracked and post-translocation）的三維結(jié)構(gòu)，揭示了其轉(zhuǎn)錄調(diào)控的機(jī)理。
?該研究表明，相比較于酵母的Pol III，人源Pol III具有結(jié)構(gòu)保守的催化核心和獨(dú)特的外周調(diào)控模塊。RPC10是具有核酸內(nèi)切酶活性并且發(fā)揮轉(zhuǎn)錄校準(zhǔn)功能的亞基，其N(xiāo)端結(jié)構(gòu)域穩(wěn)定結(jié)合在RPC4-RPC5二聚體上，而C端結(jié)構(gòu)域在不同的狀態(tài)下會(huì)發(fā)生大的構(gòu)象變化。在post-translocation狀態(tài)下，RPC10的C-ribbon表現(xiàn)出高度的柔軟性。而在backtracked狀態(tài)下，RPC10的C-ribbon穩(wěn)定結(jié)合在Pol III催化活性中心附近，為Pol III的高保真轉(zhuǎn)錄提供保障。這也與RPC10在Pol III轉(zhuǎn)錄終止中的作用相吻合。
人源RNA聚合酶III的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)
?RPC7有兩種亞型，分別為RPC7a和RPC7b組成兩種不同的聚合酶復(fù)合物。其中，RPC7a主要在未分化細(xì)胞和癌癥細(xì)胞中有特異性表達(dá)。結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)RPC7a的N端結(jié)構(gòu)域和RPC6的WH1結(jié)構(gòu)域共同作用在PRC1的clamp上，這個(gè)相互作用面與MAF1（Pol III的負(fù)調(diào)控因子）與clamp結(jié)合面正好重疊，而RPC7b則不具備結(jié)合在相同位置的能力。這個(gè)研究結(jié)果從結(jié)構(gòu)角度闡明了RPC7a可以避開(kāi)MAF1對(duì)Pol III轉(zhuǎn)錄抑制作用的機(jī)制。
?在此研究論文審稿過(guò)程中，國(guó)際上有三個(gè)研究小組（上圖）發(fā)表了關(guān)于人源Pol III的研究工作，基本結(jié)構(gòu)模型相似，但著重點(diǎn)各有不同，從多個(gè)角度共同揭示了人源Pol III的結(jié)構(gòu)特征以及可能的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制。
?徐彥輝課題組博士后李良，博士生于子朔，趙丹為本文共同第一作者，徐彥輝研究員和侯海峰副研究員為共同通訊作者。中科院生物物理所成像中心、國(guó)家蛋白質(zhì)中心、上科大冷凍電鏡中心，以及正在建設(shè)中的復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院電鏡中心，對(duì)該研究的數(shù)據(jù)收集給予了重要的支持。
論文原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41422-021-00472-2
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