中國青年報客戶端訊（中青報·中青網記者王燁捷）日前，復旦大學上海醫學院徐彥輝團隊在《科學》（Science）雜誌上在線發表研究長文，首次用結構重現出了轉錄從頭起始的16個連續動態全過程，揭示了通用轉錄因子(GTFs)和轉錄泡協同RNA聚合酶Pol II調控轉錄起始轉變為轉錄延伸的分子機制。
圖為文章發表截圖。本文圖片皆由復旦上醫提供
生命的遺傳物質是DNA，而DNA可以透過自我複製，伴隨著細胞的分裂傳遞遺傳訊息。 DNA可以透過轉錄形成RNA，RNA透過翻譯的過程合成蛋白質。
轉錄是基因表現調控的核心，基因表現調控在人類的發育、疾病發生過程中扮演重要角色。真核細胞的基因轉錄需要經歷起始、延伸、終止等多個階段。多細胞生物為了滿足在同一組基因組的基礎上實現差異性的基因表達，需要經過非常複雜且精細的基因表達調控過程。轉錄起始過程涉及十餘個複合物上百個蛋白的巨大轉變，過去幾十年來，眾多的實驗室利用生物化學、單分子生物物理學以及結構生物學等方法開展了大量探索性的工作，但對其發生過程和分子機制的理解還不夠深入。
徐彥輝團隊解析了一個轉錄過程中重要的動態事件：從轉錄起始延伸到轉錄的過渡，這事件也稱為啟動子逃脫。啟動子逃脫是轉錄從起始到延伸的關鍵轉折步驟，在這過程中RNA聚合酶II的構形需要發生變化，在生成RNA產物的同時解離通用轉錄因子。
長期以來，這個過程一直蒙著神秘面紗。中國科學院生物物理研究所研究員朱冰點評認為，「揭示啟動子逃脫過程」是領域中長期未能解決的問題，「因為這是一個快速的動態事件，RNA聚合酶II延伸的速度一般被認為是每分鐘幾千個鹼基，而啟動子逃脫過程涉及的只有最初的20個左右的鹼基的合成，也就是說需要在幾秒鐘內完成一系列的動態事件，這對於結構生物學研究是一個極大的挑戰」。
根據介紹，復旦上醫團隊設計了一系列的轉錄模板，可以控制RNA聚合酶II停在轉錄最初17個鹼基時的任意一個鹼基位置。這項設計好比讓連貫的場景變成一幀幀定格畫面，隨後，研究人員逐步捕捉每一步的畫面，連貫而成一部動態「電影」。這部「電影」也首次描繪出了連續的轉錄起始動態全過程，揭示完整轉錄起始過程及其分子機制。
先前，徐彥輝團隊連續在Science雜誌發表5篇研究論文，揭示多個轉錄起始關鍵過程的分子機制，包括揭示人源BAF複合物的染色質重塑機制、轉錄起始複合物識別基因啟動子及其動態組裝機制、中介體促進RNA聚合酶磷酸化和轉錄活化機制、+1核小體調控轉錄起始的分子機制以及發現並鑑定新型轉錄調控複合物INTAC。上述工作較為系統性地揭示了轉錄起始各階段關鍵點的複合物狀態，推動了對轉錄機制的深入理解。
復旦大學生命科學學院青年研究員陳曦子、復旦大學生物醫學研究院2019級直博生劉維達、青年研究員王茜敏以及粵港澳大灣區精準醫學研究院博士後王鑫鑫為本文共同第一作者，復旦大學附屬腫瘤醫院研究員、生物醫學研究院兼任研究員徐彥輝為通訊作者。
責任編輯：邱晨輝
資料來源：中國青年報客戶端
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