?發(fā)生在基因啟動(dòng)子區(qū)的轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程是基因表達(dá)調(diào)控的核心,決定著細(xì)胞的命運(yùn),影響眾多生理病理過(guò)程。以RNA聚合酶II(Pol II)為核心的轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物(preinitiation complex,PIC),識(shí)別幾乎所有編碼基因和大部分非編碼基因的啟動(dòng)子區(qū),響應(yīng)各種轉(zhuǎn)錄調(diào)控信號(hào),起始基因轉(zhuǎn)錄。在今年4月初,我院徐彥輝團(tuán)隊(duì)在Science雜志報(bào)道了包含TFIID的轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物結(jié)構(gòu),揭示了啟動(dòng)子識(shí)別及PIC裝配的動(dòng)態(tài)過(guò)程,該工作一經(jīng)發(fā)表就得到了國(guó)內(nèi)外廣大同行的高度認(rèn)可。
?在上世紀(jì)90年代,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一個(gè)功能非常重要的轉(zhuǎn)錄共激活因子,命名為中介體(Mediator)。Mediator由26個(gè)蛋白所組成,分子量1.5兆道爾頓(MDa)。由于人體中絕大多數(shù)活躍基因都需要Mediator才能夠?qū)崿F(xiàn)高表達(dá)。因此,對(duì)Mediator及PIC-Mediator復(fù)合物的研究是轉(zhuǎn)錄領(lǐng)域的核心。
?2021年5月6日,Science雜志在線(xiàn)發(fā)表了徐彥輝課題組的研究長(zhǎng)文(Research Article)《人源中介體復(fù)合物及其結(jié)合轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物的結(jié)構(gòu)研究》(“Structures of the human Mediator and Mediator-bound preinitiation complex”),報(bào)道了首個(gè)結(jié)構(gòu)與功能完整的PIC-Mediator復(fù)合物。結(jié)構(gòu)分析揭示了PIC-Mediator的動(dòng)態(tài)組裝過(guò)程以及Mediator調(diào)控Pol II CTD磷酸化的分子機(jī)制。該項(xiàng)工作與徐彥輝團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于PIC的研究相呼應(yīng),較為全面地回答了轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程的若干重要科學(xué)問(wèn)題,是國(guó)內(nèi)分子生物學(xué)領(lǐng)域的又一重大突破性成果。
?該項(xiàng)工作首先報(bào)道了人源Mediator復(fù)合物近原子分辨率的冷凍電鏡結(jié)構(gòu),首次把26個(gè)Mediator亞基進(jìn)行完全定位和建模(圖1),為后續(xù)結(jié)構(gòu)功能研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)Mediator的Tail模塊可呈現(xiàn)延展構(gòu)象(Extended)和彎折構(gòu)象(Bent),兩個(gè)構(gòu)象的Mediator被分別命名為MED-E和MED-B。其中,MED-E與以往報(bào)道的結(jié)構(gòu)相似,而MED-B構(gòu)象是首次發(fā)現(xiàn),表明Mediator本身的動(dòng)態(tài)性。
圖1:?本項(xiàng)研究基于TFIID的完整PIC-Mediator復(fù)合物(左),中間為何源組近期發(fā)表的基于TBP的PIC-Mediator,右側(cè)為徐彥輝組今年4月份發(fā)表的基于TFIID的PIC。
??TFIID賦予了PIC-Mediator結(jié)構(gòu)和功能的完整性。在PIC-Mediator整體結(jié)構(gòu)中,Mediator和TFIID分別位于TFIIH的上下兩面,兩者共同結(jié)合并穩(wěn)定TFIIH,使TFIIH中CDK7激酶和XPB移位酶在PIC-Mediator中正確定位并發(fā)揮活性。其中XPB推動(dòng)啟動(dòng)子DNA進(jìn)入Pol II催化中心開(kāi)始轉(zhuǎn)錄,而CDK7磷酸化Pol II的CTD允許Pol II聚合酶離開(kāi)啟動(dòng)子區(qū)進(jìn)入轉(zhuǎn)錄延伸,二者的活性是轉(zhuǎn)錄起始所必須的。TFIID還賦予了PIC-Mediator組裝的高度動(dòng)態(tài)性。通過(guò)兩種代表結(jié)構(gòu)進(jìn)行比對(duì),可看出PIC-Mediator各個(gè)部分都不同程度的發(fā)生了模塊重排,使其更好地適應(yīng)高度動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程。上述發(fā)現(xiàn)在基于TBP的PIC-Mediator系統(tǒng)中并未被報(bào)道,說(shuō)明TFIID在在轉(zhuǎn)錄起始超級(jí)復(fù)合物PIC-Mediator的組裝和發(fā)揮功能中的關(guān)鍵作用。
?該項(xiàng)工作提供了具有生理相關(guān)性和功能完整性的PIC-Mediator復(fù)合物結(jié)構(gòu),揭示了完整PIC-Mediator復(fù)合物的動(dòng)態(tài)組裝過(guò)程,提出了Mediator調(diào)控Pol II CTD磷酸化可能的分子機(jī)制。結(jié)構(gòu)及其所提示的功能關(guān)聯(lián)性對(duì)后續(xù)轉(zhuǎn)錄機(jī)制研究具有重要的指導(dǎo)意義,將分子生物學(xué)領(lǐng)域相關(guān)研究推到了一個(gè)新的高度。
?復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院助理研究員陳曦子(復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院2019屆博士畢業(yè)生)、陰曉彤(復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)院2018屆博士畢業(yè)生),復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院2016級(jí)博士生李佳蓓、2016級(jí)博士生武子涵、2017級(jí)博士生戚軼倫、2017級(jí)博士生王鑫鑫為本文共同第一作者,徐彥輝為通訊作者。?
原文鏈接:
https://science.sciencemag.org/content/early/2021/05/05/science.abg0635.full
版權(quán)與免責(zé)聲明:本網(wǎng)頁(yè)的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開(kāi)發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享,并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其真實(shí)性,也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺(tái),不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán),請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)修改或刪除。郵箱:sales@allpeptide.com