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Science:解析RNA聚合酶II的关键性延伸

来源:生物通 2011-08-02 11:21

来自美国斯坦福大学,香港科技大学两大研究机构组成的研究团队发表了题为“Initiation  Complex  Structure  and  Promoter  Proofreading”的最新报道文章,描述了RNA聚合酶II的转录起始过程,为分析研究转录起始提供了重要资料。这一研究成果公布在最新(7月29日)的Science杂志上。

文章的通讯作者是2006年诺贝尔化学奖得主Roger  D.  Kornberg教授,其获奖的原因是在遗传信息如何从DNA转录到mRNA的过程中做出了卓越贡献——Roger  D.  Kornberg教授的父亲也是诺奖得主,1959年曾获得诺贝尔医学奖,获奖原因是破解了基因信息是如何从一个DNA复制到另一个DNA的。小Kornberg教授实验室有许多华裔学生,本文的第一作者就是华裔博士刘欣(Xin  Liu,音译),除此之外这一研究团队还包括来自香港科技大学的Xuhui  Huang教授等。

RNA聚合酶II  (RNA  polymerase  II,Pol  II)是三大RNA聚合酶之一,基因表达过程中核心的酶,其参与的转录过程是真核细胞染色体的一项基本的、高度协调的生物学过程。RNA聚合酶解开DNA双链,沿着一条链移动。在移动过程中,它们一边“解读”DNA链上的核苷,一边合成一条相应的RNA链。由Pol  II组成的RNA是信使RNA(mRNA),它们将合成蛋白质的指令传给核糖体。

Pol  II转录起始过程是一个复杂,多步骤的过程,通过X射线结晶结构分析,研究人员发现这一转录复合物包含有短片段RNAs,并从中揭示了三个不同的结构状态。第一个步骤包含2-和3-核苷RNAs,只检测到3’端RNA,第二个步骤是4-和5-核苷RNAs,出现了扭曲构形的RNA-DNA复合物,第三个步骤是第6个核苷酸之后的,实际上就与一般稳定的延长复合物相同了。

从第一个步骤向第二个步骤转变的过程中,未能起始的发生频率大幅下降,在第二个步骤向第三个步骤转变的过程中,就出现了部分“bubble  collapse”现象,以及启动子脱离。从这些起始过程中,研究人员提出未能起始的现象也许是启动子校对过程(promoter  proofreading),而这一结构的转变过程是启动子调控的一个关键点。

RNA  Polymerase  II  (RNA聚合酶II)  可以说是真核细胞(大致上可以认为是除了细菌之外所有生物的细胞)  中最重要的酶。它的主要功能就是负责转录基因组中的两万多个编码基因,转录的产物为信使RNA  (mRNA),而后者则被核糖体(ribosome)翻译成蛋白质──细胞中的主要功能分子。这也是为什么研究这个酶会成为热点的主要原因。

近期另一研究组也转录过程的研究新发现:转录因子MED26在RNA聚合酶II合成RNA的过程中扮演了重要的角色,它能直接连接超长延伸复合物(super-elongation  complexes  ,SECs),参与RNA聚合酶II作用。这一研究成果公布在最新《细胞》(Cell)杂志上。

研究人员发现了MED26(中介体复合物亚基,human  Mediator  subunit)在这一过程中的关键作用,MED26的保守N端有可以与SECs结合的位点,而且这一因子还是与RNA聚合酶II起始复合物中起始因子  TFIID首先相互作用的分子开关,在这之后,MED26能交换下TFIID,从而结合到包含ELL/EAF和P-TEF的复合物上,帮助RNA聚合酶  II的延伸过程。这项研究解析了RNA聚合酶II关键延伸过程,揭开了之前的未解之谜,具有重要的意义。(生物谷Bioon.com)

生物谷推荐原文摘要

Science DOI: 10.1126/science.1206629 

Initiation Complex Structure and Promoter Proofreading

Liu, X (Liu, Xin)1; Bushnell, DA (Bushnell, David A.)1; Silva, DA (Silva, Daniel-Adriano)2; Huang, XH (Huang, Xuhui)2; Kornberg, RD (Kornberg, Roger D.)1

The initiation of transcription by RNA polymerase II is a multistage process. X-ray crystal structures of transcription complexes containing short RNAs reveal three structural states: one with 2- and 3-nucleotide RNAs, in which only the 3'-end of the RNA is detectable; a second state with 4- and 5-nucleotide RNAs, with an RNA-DNA hybrid in a grossly distorted conformation; and a third state with RNAs of 6 nucleotides and longer, essentially the same as a stable elongating complex. The transition from the first to the second state correlates with a markedly reduced frequency of abortive initiation. The transition from the second to the third state correlates with partial "bubble collapse" and promoter escape. Polymerase structure is permissive for abortive initiation, thereby setting a lower limit on polymerase-promoter complex lifetime and allowing the dissociation of nonspecific complexes. Abortive initiation may be viewed as promoter proofreading, and the structural transitions as checkpoints for promoter control.

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