Mol Cell | 复旦大学陈飞团队揭示转录早期终止调控复合物INTAC对转录机器命运决定的调控机制

后生动物的基因表达是由RNA聚合酶II的启动子-近端暂停控制的，它可以经历继续延伸或启动子-近端终止。Integrator-PP2A (INTAC)在决定暂停聚合酶的命运中起着至关重要的作用，但其潜在的机制尚不清楚。

2023年4月19日，复旦大学陈飞团队（胡士斌、彭林娜、宋爱霞、籍雨鑫为该文章的共同第一作者）在Molecular Cell（IF=19）在线发表了题为“INTAC endonuclease and phosphatase modules differentially regulate transcription by RNA polymerase II”的研究论文，该研究建立了一个快速降解系统来剖析INTAC RNA内切酶和磷酸酶模块的功能。该研究表明这两种催化模块的功能，在绝大多数的活性启动子和增强子，不同程度地影响聚合酶的命运。

核酸内切酶模块诱导启动子-近端终止，其破坏导致无延伸能力聚合酶的聚集和高表达基因的下调，而延伸能力聚合酶聚集在低表达基因和非编码元件上，导致其上调。磷酸酶模块主要阻止暂停聚合酶的释放和限制转录激活，特别是对于高度暂停的基因。该研究发现这两个INTAC催化模块在动态转录控制中具有出乎意料的普遍而独特的作用。

在后生动物中，RNA聚合酶II (RNA Pol II)的转录是一个高度协调的过程，涉及转录起始、启动子-近端暂停、继续延伸和终止之间的动态转变。在启动子处招募RNA Pol II的一般转录因子组装成起始前复合物(PIC)之后，转录开始于一般转录因子TFIIH熔化双链DNA并合成短的新生转录物，然后机器在转录起始位点(TSS)下游200 bp窗口内暂停。RNA Pol II在面临释放到继续延伸或进行启动子-近端早期终止的命运之前，停留在暂停窗口内的时间长短不同。

一旦建立，RNA Pol II暂停是由阻止早期终止，继续延伸或聚合酶降解的因素维持的。暂停期的聚合酶与负延伸因子(NELF)和DRB敏感诱导因子(DSIF)复合物密切相关。NELF稳定了RNA Pol II的主要暂停位点(PSs)，并阻止其向核小体转移。NELF直接与DSIF相互作用，并依赖于DSIF与RNA Pol II结合。除了与NELF合作阻止聚合酶的下游转移外，进化上保守的延伸复合体DSIF还具有阻止染色质上聚合酶亚基降解的功能。

RNA Pol II进入继续延伸的释放主要由正转录延伸因子b (P-TEFb)驱动，其包括细胞周期蛋白依赖性激酶9 (CKD9)激酶和调节亚基细胞周期蛋白T1。在迄今已确定的约100种P-TEFb的假设底物中，最突出和最重要的包括RNA Pol II本身，NELF和DSIF。Integrator-PP2A (INTAC)复合体在很大程度上调控启动子-近端早期终止的诱导。

多亚基INTAC具有双重酶活性，分别催化RNA裂解和蛋白质去磷酸化。除了调节小核RNA (snRNA)终止外，INTAC Integrator部分的RNA内切酶活性广泛作用于不同类别的RNA，包括蛋白质编码基因、反义(AS)转录和增强子(增强子RNA [eRNAs])。因为作用的序列缺乏共识基序，研究人员对INTAC如何实现靶特异性的理解是不完整的。对于蛋白质编码基因来说，目前尚不清楚为什么INTAC占据的启动子比破坏内切酶活性影响表达的基因多几十倍。

目前尚不清楚Integrator或INTAC介导的早期终止是否主要通过去除无延伸能力的RNA Pol II来促进转录激活，从而为新启动的聚合酶扫清道路，还是通过靶向有延伸能力的RNA Pol II来中止转录来抑制基因表达。尽管目前的模型表明这两种催化活性可以协同诱导启动子-近端早期终止，但高分辨率冷冻电镜结构表明，内切酶和磷酸酶模块位于复杂骨架的两侧，因此可能独立起作用。支持这一观点的是，snRNA终止需要核酸内切酶而不是磷酸酶模块。然而，目前尚不清楚这两种催化活性是否以及如何控制蛋白质编码基因和其他非编码元件的转录。

文章模式图（图源自Molecular Cell ）

通过使用快速内源性蛋白质降解策略，该研究建立了一个系统，使研究人员能够在相互干扰的情况下单独剖析INTAC RNA内切酶和磷酸酶模块对转录的调节。结合“峰值进入”标准化多组学方法，该研究发现这两种催化活性以出乎意料的一般方式起作用，因为它们都针对大多数(如果不是全部的话)活性启动子和增强子。研究结果表明它们对暂停RNA Pol II的命运有不同的影响：内切酶模块主要诱导启动子-近端早期终止，而磷酸酶模块主要阻止暂停聚合酶的释放。虽然磷酸酶模块主要抑制转录激活，但内切酶模块对高表达和低表达基因的影响不同。

原文链接：

https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(23)00212-5#%20

转自：“iNature”微信公众号

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