转录起始复合物识别启动子及动态组装的分子机制被揭示

吴红梅 科技日报记者 王春

“徐彦辉团队在Science杂志颁发的论文中，解析了25种复合物冷冻电镜布局，涵盖了差异PIC组装阶段、差异功能状态及启动子类型，全面地回答了转录起始阶段若干重要的科学问题。”中国科学院院士饶子和在点评中暗示。

4月1日，复旦大学生物医学研究院徐彦辉课题组在Science杂志上在线颁发了研究长文《布局研究揭示转录前起始复合物识别启动子及动态组装机制》。该项研究首次报道了包括TFIID的完整转录前起始复合物（PIC）布局，揭示了PIC如何识别差异类型启动子并完成多步组装的完整动态过程。

PIC动态组装的模式图 采访工具供图

以人类为代表的高档生物，进化出庞大的基因表达调控机制，操作同一套基因组遗传信息，分化出数百种差异的细胞类型，以适应对庞大发展发育过程的需要。转录起始过程产生在几万种差异基因的高度多样化的启动子区。围绕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，对其研究一直是生命科学的重大前沿课题。

为实现庞大的基因表达调控，人体细胞中进化出以RNA聚合酶II（以下简称“聚合酶”）为核心的转录前起始复合物，识别几乎所有编码基因和大部门非编码基因的启动子区，响应各类转录调控信号，起始基因转录。

目前的分子生物学教科书中对转录起始模型是TBP特异性识别并弯曲含有TATA box的启动子，招募聚合酶并组装PIC启动转录。然而，有凌驾85%的人类基因启动子不含有TATA box，称为TATA-less启动子，而且几乎所有的基因转录过程都需要完整TFIID复合物，其功能并不能够被TBP所替代。因此，尽管已有大量基于TBP的PIC复合物布局研究，包括TFIID的完整PIC是如何在差异类型启动子长进行组装的，一直没有得到阐发。对付凌驾85%以上基因，转录起始是如何产生的，是转录范围恒久未能解决的难题。

徐彦辉课题组经过多年努力，操作冷冻电镜办法，解析了PIC组装过程中所有关键组装步调和状态的复合物布局。为研究PIC对各类差异类型启动子的识别，研究人员在涵盖所有启动子类型（三种）的8个启动子及5个突变启动子上，组装PIC复合物并进行了布局阐明。25个复合物布局提供了PIC组装的差异阶段，差异功能状态，差异启动子类型的全笼罩布局信息。

研究阐明发明：TFIID含有多个DNA结合区，具有较高的序列包涵度，可识别各类差异类型的基因启动子；针对差异类型启动子，PIC通过两种方法将启动子敦促至聚合酶催化中心上方筹备转录，提出“双路径启动子敦促”模型；处于Drive构象的完整PIC，为转录起始做好了两方面筹备。这一发明还从分子层面颠覆了对TBP只结合TATA box的传统看法，很好解释了PIC组装和基因转录为何可产生在几乎所有基因的启动子上。据悉，该项工作是近年来转录范围的重要打破，在分子程度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基了理论根本。

“该研究成就对此后几年的真核转录起始调控研究有指导性意义，一经颁发，必将成为经典”， Science杂志的审稿专家点评道。