陕西
撰文 | 一只鱼
真核细胞的mRNA必须经过加工过程才能被翻译成蛋白质，这些加工过程包括5’末端加帽，剪接，3’末端剪切和多聚腺苷酸化。由RNA聚合酶II（RNA Pol II）介导的转录终止需要剪切和多聚腺苷酸化因子CPF复合物对RNA 3’末端进行加工，CPF具有内切酶、poly(A)聚合酶和蛋白磷酸酶活性，可以剪切并多聚腺苷酸化mRNA前体和去磷酸化RNA Pol II来控制转录，但是RNA 3’末端加工机器具体是如何与转录相偶联的并不清楚。
近日，来自英国MRC分子生物学实验室的Lori A. Passmore研究团队在Molecular Cell上发表题为A direct interaction between CPF and RNA Pol II links RNA 3’ end processing to transcription的文章，发现 剪切和多聚腺苷酸化因子CPF可以在体外结合并去磷酸化RNA Pol II，促进RNA Pol II的二聚化，二聚体与延伸因子的结合不兼容，在体内破坏RNA Pol II二聚化界面可以造成转录缺陷。
CPF加工蛋白编码转录本的3’端加工，而APT复合物负责非编码snRNA和snoRNA的加工。由于转录和RNA 3’末端加工在功能上相偶联，研究人员首先用体外系统检测了RNA Pol II是否直接与CPF或APT互作，发现CPF和APT都可以结合RNA Pol II，并且CPF的磷酸酶模块对于其与RNA Pol II互作是必要且充分的，由于其磷酸酶模块中的6个亚基也存在于APT中，他们推测CPF和APT可能以类似的方式与RNA Pol II互作，由于APT更稳定，于是他们主要研究APT。
接下来他们想知道RNA Pol II的哪一段区域与APT互作，发现它们的互作不依赖于RNA Pol II的C端结构域 （CTD） 和茎秆结构， APT与RNA Pol II的核心（Ref2-Glc7-Swd2亚复合物）互作，进一步分析发现APT与RNA Pol II的结合位点位于RNA出口通道旁边。为了进一步研究互作机制，他们将APT的Ref2-Glc7-Swd2亚复合物和装载有DNA-RNA杂交链的RNA Pol II组装在一起，发现Ref2-Glc7-Swd2可以促进RNA Pol II形成二聚体，并且RNA Pol II是通过其茎秆蛋白Rpd7二聚化的。
由于在RNA Pol II的二聚体冷冻电镜结构里看不到Ref2-Glc7-Swd2，他们猜测Ref2-Glc7-Swd2可能不是通过物理接触方式促进RNA Pol II二聚化，而是通过去磷酸化。由于RNA Pol II的CTD的去磷酸化对于转录终止是必要的，于是他们检测了缺失CTD的RNA Pol II，发现二聚体频率降低，说明CTD促进RNA Pol II的二聚化。进一步他们利用负染色电镜检测不同条件下的二聚体比例，他们用Erk2激酶对RNA Pol II进行过渡磷酸化，然后用CPF、APT或γ 磷酸酶孵育，发现CPF、APT和γ 磷酸酶处理的RNA Pol II 二聚体增加，说明去磷酸化可以促进RNA Pol II的二聚化。为了研究二聚化对于转录的影响，他们构建了二聚体形成缺陷的突变体Rpd7QHF，发现该突变体的转录调控异常。最后他们发现CPF和APT的Ref2亚基是蛋白磷酸酶PP1（Glc7）的调控亚基，Ref2对于APT与RNA Pol II的互作是必需的。
CPF与RNA Pol II互作促进转录终止
总的来说，这项研究揭示了转录终止与RNA 3’末端加工相偶联的内在特征，并提出模型：在多聚腺苷酸信号（PAS）转录后，3’末端加工机器识别剪切位点，激活CPF中的Glc7，将RNA Pol II去磷酸化，促进RNA Pol II二聚化，从而不能与延伸因子结合相兼容，导致转录终止。
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2023.11.004
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