我国科学家完成转录调控经典工作

仙仙

复旦大学生物医学研究院研究员徐彦辉课题组的研究长文日前在线发表于《科学》，首次报道了包含TFIID转录因子的完整转录前起始复合物（PIC）结构，揭示了PIC如何识别不同类型启动子并完成多步组装的完整动态过程。该研究是继解析剪接体复合物之后，中国科学家在转录调控领域完成的又一经典工作。


以人类为代表的高等生物，进化出复杂的基因表达调控机制，利用同一套基因组遗传信息，分化出数百种不同的细胞类型。转录起始过程发生在几万种不同基因高度多样化的启动子区。启动子区转录起始过程的调控是细胞体系内最为核心的生命过程之一，对其进行研究一直是生命科学领域的重大前沿课题。


目前，分子生物学教科书中的转录起始模型是TBP蛋白特异性识别并弯曲含有TATA box的启动子，招募RNA聚合酶Ⅱ并组装PIC启动转录。然而，有超过85%的人类基因启动子不含有TATA box，并且几乎所有的基因转录过程都需要完整TFIID转录因子复合物，其功能并不能被TBP蛋白所替代。因此，虽然已有大量基于TBP蛋白的PIC复合物结构研究，但包含TFIID转录因子的完整PIC是如何在不同类型启动子上进行组装的问题一直没有被阐明。


徐彦辉课题组利用冷冻电镜方法，解析了PIC组装过程中所有关键组装步骤和状态的复合物结构。为搞清PIC对各种不同类型启动子的识别，研究人员在涵盖所有启动子类型（3种）的8个启动子及5个突变启动子上，组装PIC复合物并进行了结构分析。25个复合物结构提供了PIC组装的不同阶段、不同功能状态、不同启动子类型的全覆盖结构信息。


研究发现，TFIID转录因子含有多个DNA结合区，具有较高的序列包容度，可识别各种不同类型的基因启动子；针对不同类型启动子，PIC通过两种方式将启动子推动至聚合酶催化中心上方准备转录，提出“双路径启动子推动”模型；处于Drive构象的完整PIC，为转录起始做好了两方面准备。


研究人员表示，这项工作在分子水平上展示了高度动态的转录起始过程，为后续研究基因表达调控奠定了理论基础。


《科学》审稿专家认为，该研究成果对今后几年的真核转录起始调控研究具有指导性意义，一经发表必将成为经典。（黄辛）