Science：我国科学家从结构上揭示预起始复合物在核心启动子上的组装机制

2021年4月30日讯/生物谷BIOON/---RNA聚合酶II（Pol II）介导的转录起始需要组装一种预起始复合物（preinitiation complex， PIC），在此期间，14个亚基的转录因子IID（TFIID）识别核心启动子并招募TFIIA、TFIIB、TFIIE、TFIIF、TFIIH和Pol II，依次组装核心PIC（core PIC,

2021年4月30日讯/生物谷BIOON/---RNA聚合酶II（Pol II）介导的转录起始需要组装一种预起始复合物（preinitiation complex， PIC），在此期间，14个亚基的转录因子IID（TFIID）识别核心启动子并招募TFIIA、TFIIB、TFIIE、TFIIF、TFIIH和Pol II，依次组装核心PIC（core PIC, cPIC）、中间PIC（intermediate PIC, mPIC）和全PIC（holo PIC, hPIC）。教科书上的转录起始模型是从TBP（TATA框结合蛋白，TFIID的一个亚基）与TATA框的结合开始的。然而，多达85%的编码基因缺乏共有的TATA框，而且几乎所有Pol II介导的基因转录都需要TFIID复合物。尽管对基于TBP的PIC在TATA框启动子上进行了广泛的结构研究，但TFIID如何支持PIC在不同启动子上的组装仍然是不清楚的。

在一项新的研究中，来自中国复旦大学的研究人员重建了基于TFIID的人PIC，并解析出它的低温电镜结构。在13个不同的（天然的、复合的和突变的）启动子上，通过25种处于不同组成和构象状态的复合物结构来描述PIC的逐步组装。Pol II、TFIID模块和TBP-启动子在近原子分辨率下的结构允许进行详细的结构分析。相关研究结果发表在2021年4月30日的Science期刊上，论文标题为“Structural insights into preinitiation complex assembly on core promoters”。

不同构象下的结构显示了一种共同的TFIID结合模式，以及TBP加载在TATA框启动子（TATA promoter）和无TATA框的启动子（TATA-less promoter）上。出乎意料的是，TBP在PIC中类似地让TATA框和无TATA框的启动子弯曲。不同启动子上的PIC组装在cPIC处分化为两条轨道，在hPIC处汇合。在第一轨道上，TATA-DBE启动子上的cPIC、mPIC和hPIC分别采用Park、Neutral和Drive构象，表明启动子逐步沉积到Pol II，并伴随着广泛的模块重组。在第二轨道上，纯TATA框启动子（TATA-only promoter）和无TATA框启动子上的cPIC、mPIC和hPIC采用Drive构象，表明发生直接启动子沉积。

这些差异来自不同的启动子组成，导致启动子上“匹配”的模块与“重新定位”的模块分离，并导致不同的PIC结构和启动子轨迹。在hPIC中，TFIID稳定化PIC组装，支持细胞周期蛋白依赖性激酶7（CDK7）加载到Pol II上和CDK7介导的羧基端结构域（CTD）磷酸化。

PIC组装模型示意图，图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.aba8490。

综上所述，这项研究解决了解决了大多数核心启动子的TATA框缺乏和TFIID复合物（而不是单独的TBP）在转录中的必要性之间长期存在的争议。TFIID能识别启动子并支持TBP诱导的启动子弯曲和高度多样化的核心启动子上的轨道PIC组装。这种逐步的启动子沉积可能作为一个检查点，以防止在PIC完全组装之前的杂乱起始，而hPIC提供了一个独立于启动子类型的转录起始的共享起始点。PIC组装的结构可视化为进一步研究转录因子、辅激活物和表观遗传调节因子背景下的转录起始提供了一个框架。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Xizi Chen et al. Structural insights into preinitiation complex assembly on core promoters. Science, 2021, doi:10.1126/science.aba8490.