徐彥輝團(tuán)隊(duì)《Nature Communications》報(bào)道RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄終止機(jī)制
?真核生物基因轉(zhuǎn)錄可分為起始，延伸和終止過(guò)程。其中終止過(guò)程涉及聚合酶減慢速度至停止，然后從基因組上解離。但相關(guān)研究比較有限，沒(méi)有明確的分子機(jī)制模型。
?2021年11月21日，我院徐彥輝團(tuán)隊(duì)在Nature Communications雜志在線(xiàn)發(fā)表題為Structural insights into RNA polymerase III-mediated transcription termination through trapping poly-deoxythymidine的研究成果，報(bào)道RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄終止機(jī)制。
?該研究解析了3.6 ?分辨率的人源?Pol III轉(zhuǎn)錄終止前復(fù)合物（PTC）的三維結(jié)構(gòu)，結(jié)合生化分析，揭示了Pol III獨(dú)特的轉(zhuǎn)錄終止機(jī)理。為研究轉(zhuǎn)錄終止打開(kāi)了一個(gè)突破口并提供了研究的新思路。該工作是徐彥輝課題組前期人源Pol III延伸復(fù)合物結(jié)構(gòu)研究的延續(xù)（Cell Research，2021）。
?RNA聚合酶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。Pol III轉(zhuǎn)錄的準(zhǔn)確終止對(duì)基因的表達(dá)調(diào)控起著至關(guān)重要重要的作用，其失調(diào)可導(dǎo)致基因的異常轉(zhuǎn)錄。大量的研究表明，與Pol I和Pol II性對(duì)復(fù)雜的終止過(guò)程不同，Pol III終止是由DNA非模版鏈（non-template）上連續(xù)的4～7個(gè)脫氧胸腺嘧啶核苷（dT）介導(dǎo)的。然而Pol III如何特異識(shí)別poly-dT而造成轉(zhuǎn)錄停止，分子機(jī)制尚不清楚。
人源RNA聚合酶III PTC的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)
?課題組巧妙利用DNA-RNA 雜交核酸鏈捕捉到Pol III PTC復(fù)合物。PTC結(jié)構(gòu)展示了poly-dT結(jié)合在Pol III聚合酶的protrusion和lobe結(jié)構(gòu)域之間的狹窄通道中。其中poly-dT上的甲基通過(guò)疏水作用被fork loop1（FL1）特異性識(shí)別，poly-dT上的磷酸通過(guò)氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在lobe上。這種雙性的緊密相互作用將lobe拉向protrusion，形成狹窄通道和阻礙非模版鏈遷移的門(mén)控系統(tǒng)。Poly-dT的結(jié)合也介導(dǎo)了活性中心fork loop2（FL2）的構(gòu)象變化。在PTC復(fù)合物中，F(xiàn)L2穩(wěn)定了轉(zhuǎn)錄叉（transcription fork）的模版鏈和非模版鏈，進(jìn)一步阻止了轉(zhuǎn)錄過(guò)程中模版的遷移。
?上述結(jié)構(gòu)分析展示了Pol III從轉(zhuǎn)錄延伸到終止的動(dòng)態(tài)過(guò)程，通過(guò)對(duì)比Pol I和Pol II延伸復(fù)合物結(jié)構(gòu)，揭示了Pol I和Pol II不能在poly-dT上終止的分子機(jī)理，提出“two-gates prevention”的Pol III特異的轉(zhuǎn)錄終止機(jī)制模型。
?復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院侯海峰副研究員，博士生李妍，汪默，博士后劉愛(ài)軍為本文共同第一作者，徐彥輝研究員為通訊作者。復(fù)旦大學(xué)電鏡中心對(duì)上述研究的數(shù)據(jù)收集給予了重要支持。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-26402-9
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