近日，復旦大學徐彥輝課題組在《科學通報》發(fā)表了題為“真核生物RNA聚合酶II轉錄前起始復合物的結構研究進展”的評述文章，系統(tǒng)總結了Pol II的轉錄起始包括轉錄前起始復合物的啟動子識別、分步組裝、轉錄起始、轉錄激活等多個過程的最新結構研究進展，并對轉錄起始調控研究領域當前亟待解決的問題和未來的研究方向進行了總結和展望。

基因轉錄起始作為生命活動的核心調控環(huán)節(jié)，其精確的分子機制直接決定了細胞的命運抉擇、個體的發(fā)育進程以及眾多生理病理過程。近年來，隨著冷凍電鏡、單分子成像等技術的突破，真核生物RNA聚合酶II介導的轉錄起始過程逐漸揭開神秘面紗。

轉錄起始的核心：PIC的動態(tài)組裝

轉錄起始的核心在于轉錄前起始復合物（PIC）的精準組裝。Pol II需與6種通用轉錄因子（TFIIA、TFIIB等）協同作用，形成包含50余種蛋白的PIC復合體。傳統(tǒng)研究基于含TATA框的啟動子模型，發(fā)現TBP蛋白通過彎折DNA穩(wěn)定PIC，但人類基因組中85%的基因缺乏TATA框，這一模型無法解釋其轉錄機制。

2021年，研究人員通過冷凍電鏡技術解析了包含完整TFIID復合物的PIC結構，揭示了PIC在非TATA框啟動子上的組裝規(guī)律：TFIID通過多模塊協同識別不同啟動子類型，動態(tài)招募Pol II及其他通用轉錄因子，形成功能完整的轉錄前起始復合物。研究發(fā)現，無論啟動子類型如何，TBP始終通過彎折DNA將PIC錨定在啟動子上，以防止轉錄起始過程中的滑動偏移，這一機制為基因轉錄的正常起始奠定了基礎。

轉錄起始的開關：從組裝到逃逸

當Pol II剛開始合成RNA時，會經歷流產轉錄、啟動子逃逸等動態(tài)過程。初期，通用轉錄因子協同維持轉錄泡開放，確保RNA穩(wěn)定合成；當RNA延伸至10 nt時，模板鏈脹破Pol II催化活性中心的模板鏈通道，使TFIIB等通用轉錄因子從啟動子上解離，轉錄泡崩塌，Pol II脫離啟動子進入延伸階段。通用轉錄因子與轉錄泡的協同作用不僅支持了Pol II起始轉錄, 同時也為Pol II成功起始轉錄后擺脫束縛順利進入穩(wěn)定快速高效的RNA延伸合成階段提供了支持。

中介體：連接信號與轉錄的分子橋梁

中介體（Mediator）作為轉錄共激活因子，是細胞內高活躍基因表達的關鍵調控者。其核心模塊（頭部、中部、尾部）通過與Pol II羧基端結構域（CTD）及通用轉錄因子相互作用，形成“磷酸化門控”機制：中介體穩(wěn)定Pol II CTD，促進CDK7激酶對其磷酸化，從而推動Pol II從起始向延伸階段轉換。

最新結構研究顯示，中介體與 PIC 結合后，其構象變化直接調控 TFIIH 激酶模塊的定位與活性，激活基因轉錄起始。此外，中介體還能通過增強子 - 啟動子染色質環(huán)化，整合遠端調控信號，實現基因表達的時空特異性。

染色質環(huán)境的精密調控

真核生物基因組以染色質形式高度壓縮，其動態(tài)結構對轉錄起始具有決定性影響。位于轉錄起始位點下游的 +1 核小體（距離 TSS 約 40 bp ）曾被視作轉錄延伸的障礙，但最新研究發(fā)現其通過組蛋白變體（如 H2A.Z ）和表觀修飾（如 H3K4me3 、乙酰化）直接參與 PIC 的招募與激活。 研究發(fā)現， +1 核小體上的 H2A.Z 替換成經典的 H2A 時，其與 PIC 的靜電相互作用減弱，導致轉錄起始活性顯著下降。此外，染色質重塑復合物通過調控核小體定位，決定核心啟動子區(qū)的可及性：當核小體占據啟動子區(qū)域時，空間位阻抑制 PIC 組裝；而在活躍基因中，精確重定位的核小體反而成為 PIC 組裝的“腳手架”。 這種雙向調控機制的發(fā)現，為深入理解表觀遺傳修飾與轉錄機器之間的協同作用提供了重要的分子基礎。

轉錄起始調控的研究前景

真核生物轉錄起始如同一場精密編排的分子交響樂，涉及數百種蛋白的時空協作。轉錄起始研究的高度復雜性源于其動態(tài)性（毫秒級時間尺度）與空間局限性（納米級位移）。在約 40bp 的范圍內， Pol II 需協調上百種調控蛋白的相互作用，其動態(tài)調控機制尚不完全清楚。當前研究面臨的主要挑戰(zhàn)包括：染色質高級結構與表觀遺傳修飾的協同調控機制、更接近生理狀態(tài)的實驗體系構建，以及時空動態(tài)過程的精確觀測。雖然冷凍電鏡、單分子成像等技術已取得重要進展，但仍需整合多種方法（如冷凍電子斷層成像、活細胞超分辨成像、單細胞多組學等）來全面深入研究解析這一復雜的調控過程，深化對轉錄調控原理的理解，為相關疾病治療提供理論基礎。

復旦大學徐彥輝研究員為本文的通訊作者，復旦大學陳曦子青年研究員為本文的第一作者和共同通訊作者。該工作受到基金委和科技部的支持。

文章信息

陳曦子, 徐彥輝, 真核生物RNA聚合酶II轉錄前起始復合物的結構研究進展, 科學通報, Volume 70, Issue 15, 2025, Pages 2333-2343

https://doi.org/10.1360/TB-2025-0011.

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