國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Molecular Cell (《分子細(xì)胞》)于5月22日在線發(fā)表了清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院沈曉驊研究組的最近研究成果“RNA targets ribogenesis factor WDR43 to chromatin for transcription and pluripotency control”(RNA招募核糖體生成因子WDR43到染色質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄與多能性調(diào)控),系統(tǒng)揭示了RNA結(jié)合蛋白WDR43廣泛參與胚胎干細(xì)胞基因表達(dá)調(diào)控與多能性維持的重要作用。
圖示:RNA結(jié)合蛋白WDR43參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制的模式圖
轉(zhuǎn)錄調(diào)控是基因表達(dá)、干細(xì)胞功能和發(fā)育的核心。半個(gè)世紀(jì)以來,轉(zhuǎn)錄因子和表觀遺傳調(diào)控蛋白是轉(zhuǎn)錄研究的焦點(diǎn)。RNA結(jié)合蛋白是RNA的分子伴侶。證據(jù)表明RNA(包括編碼和非編碼RNA)廣泛地結(jié)合到染色質(zhì)上,尤其是基因啟動(dòng)子和增強(qiáng)子等調(diào)控元件。對(duì)染色質(zhì)上RNA結(jié)合蛋白的研究是轉(zhuǎn)錄調(diào)控領(lǐng)域的前沿。RNA聚合酶II介導(dǎo)了基因轉(zhuǎn)錄,它在啟動(dòng)子下游的暫停和釋放(pausing-release)是轉(zhuǎn)錄的限制性關(guān)鍵調(diào)控步驟。
沈曉驊研究組發(fā)現(xiàn),WDR43是一個(gè)至關(guān)重要的RNA結(jié)合蛋白和新穎的轉(zhuǎn)錄延伸因子。RNA聚合酶II起始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的非編碼RNA和新生RNA,招募WDR43到近萬個(gè)開放染色質(zhì)的啟動(dòng)子區(qū)域。在這些關(guān)鍵調(diào)控區(qū)域,WDR43正反饋激活RNA聚合酶II,從而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄延伸和提高轉(zhuǎn)錄水平。具體來說,WDR43通過相分離形成“轉(zhuǎn)錄工廠”的機(jī)制,激活轉(zhuǎn)錄延伸蛋白激酶P-TEFb,從而促進(jìn)RNA聚合酶II高度磷酸化和釋放。誘導(dǎo)WDR43蛋白的迅速降解,阻礙了RNA聚合酶II的釋放,導(dǎo)致更多的RNA聚合酶II被滯留在啟動(dòng)子區(qū)域而無法進(jìn)入轉(zhuǎn)錄延伸,從而抑制全基因組的轉(zhuǎn)錄表達(dá)。進(jìn)一步,WDR43通過協(xié)調(diào)和介導(dǎo)了高水平轉(zhuǎn)錄和活躍的核糖體加工及下游的高效翻譯,維系胚胎干細(xì)胞的多能性。
通過研究以WDR43為代表的RNA結(jié)合蛋白,沈曉驊研究組揭示了新生成RNA直接招募RNA結(jié)合蛋白到染色質(zhì)上的新穎功能和機(jī)制,解析RNA結(jié)合蛋白直接調(diào)控轉(zhuǎn)錄的分子機(jī)理,和RNA結(jié)合蛋白調(diào)控轉(zhuǎn)錄在干細(xì)胞多能性維持中的生物學(xué)意義。這一研究不僅超越教科書上DNA結(jié)合蛋白介導(dǎo)的經(jīng)典調(diào)控模式,開辟了RNA介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄調(diào)控研究的新篇章,并且預(yù)期有更多的RNA結(jié)合蛋白能夠參與這一過程,為全面理解RNA和RNA結(jié)合蛋白在基因表達(dá)調(diào)控、細(xì)胞命運(yùn)決定、和發(fā)育及疾病中的作用提供大跨度的概念性突破。
清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院沈曉驊為本文的通訊作者,沈曉驊課題組博士研究生畢先駒為該論文的第一作者。本研究同時(shí)還得到了清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李丕龍實(shí)驗(yàn)室、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院那潔實(shí)驗(yàn)室、中科院生物物理所李國(guó)紅實(shí)驗(yàn)室的大力支持。該研究得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、清華大學(xué)-北京大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。
◎原文鏈接:
https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(19)30360-0
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