南方科技大学最新Science

除了真核生物中保守的RNA聚合酶(Pols) I-III外，两种非典型聚合酶Pols IV和V在植物中RNA介导的DNA甲基化(RdDM)途径中特异性地产生非编码RNA。虽然结构研究对于理解Pol的机制至关重要，但确定Pol V的结构仍然是一个挑战。

2023年3月9日，南方科技大学杜嘉木团队在Science 在线发表题为“Structure and mechanism of the plant RNA polymerase V”的研究论文，该研究报道了花椰菜Pol V的自由构象和延伸构象的结构。

NRPE2的保守酪氨酸残基与转录泡的dsDNA分支堆叠，通过诱导转录停滞来潜在地减弱延伸。非模板DNA链被NRPE2捕获以增强回溯性，从而增加3 '-5 '切割，这可能是Pol V的高保真度的基础。这些结构还阐明了Pol V转录失速和增强回溯的机制，这可能对Pol V保留在染色质上以发挥其在RdDM下游因子系留中的作用很重要。

DNA依赖的RNA聚合酶(DdRPs)的转录将遗传信息从DNA传递到RNA。虽然RNA聚合酶(Pols) I-III在大多数真核生物中是保守的，但植物拥有两个额外的Pols, IV和V，参与植物特异性RNA介导的DNA甲基化(RdDM)途径。在RdDM中，Pol IV转录本被RNA依赖的RNA聚合酶2 (RDR2)用于产生双链RNA，随后由DICER-LIKE 3 (DCL3)加工成siRNA，并加载到ARGONAUTE 4 (AGO4)中。

在第二个下游步骤中，Pol V产生长链非编码RNA (lncRNA)转录本，作为结合AGO4-siRNA复合体的支架，然后招募DNA甲基转移酶结构域重排甲基化酶2 (DRM2)介导DNA甲基化和基因沉默。因此，Pol V既能产生转录本，又能将其他因子束缚在染色质上。

BoPol V的结构（图源自Science ）

尽管从Pol II进化而来，Pol IV/V 分支的DdRPs在多个亚基和关键残基中具有取代，这些亚基和关键残基适应于其不同的功能。据报道，Pol IV和V都需要RNA引物，并且与Pol II相比显示出较弱的体外转录活性。Pol IV也比Pol II更容易出错，而Pol V据报道具有更高的保真度。虽然结构研究对于理解Pol的机制至关重要，但确定Pol V的结构仍然是一个挑战。

NRPE2与转录泡之间的相互作用（图源自Science ）

该研究报道了花椰菜Pol V的自由构象和延伸构象的结构。NRPE2的保守酪氨酸残基与转录泡的dsDNA分支堆叠，通过诱导转录停滞来潜在地减弱延伸。非模板DNA链被NRPE2捕获以增强回溯性，从而增加3 '-5 '切割，这可能是Pol V的高保真度的基础。这些结构还阐明了Pol V转录失速和增强回溯的机制，这可能对Pol V保留在染色质上以发挥其在RdDM下游因子系留中的作用很重要。

南科大生命科学学院博士生谢国辉、高级研究学者杜璇和访问学者胡泓淼为该论文共同第一作者，南科大为论文第一单位，杜嘉木为论文的通讯作者，加州大学洛杉矶分校院士Steven E. Jacobsen、中国科学院遗传发育所院士曹晓风和深圳大学教授李思思参与了课题。该工作得到了深圳市科创委、中国博士后基金会、国家自然科学基金及中科院的支持，冷冻电镜数据采集和质谱实验分别获得了南方科技大学冷冻电镜中心和分析测试中心的支持。

参考消息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf8231

转自：“iNature”微信公众号

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