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顶尖学术期刊《科学》近日以长文（Research Article）形式发表了来自复旦大学徐彦辉教授团队的一项最新研究进展。这支科研团队多年磨一剑，在分子水平上揭示出高度动态的转录起始过程，为研究基因表达调控奠定了重要的理论基础。
人体内有数十万亿个细胞，它们使用同一套遗传信息蓝图，却可以发育成各种不同的类型，执行截然不同的功能。实现如此复杂的生长发育，有赖于细胞内基因表达的调控机制。其中，遗传信息从DNA流向RNA的转录起始环节，是调控基因表达的核心过程。
转录起始过程发生在几乎所有编码基因的启动子区和部分非编码基因的启动子区，由转录前起始复合物（preinitiation complex）识别启动子，进行分步骤组装，响应各种转录调控信号。
▲本研究负责人徐彦辉教授（图片来源：复旦大学官网）
在此次研究中，科学家们围绕着以RNA聚合酶II（Pol II）为核心、包含转录因子TFIID的转录前起始复合物，揭示了转录前起始复合物如何识别不同类型的启动子并完成多步骤组装的完整动态过程。
研究人员指出，完整复合物包含50多个蛋白质，组装过程十分复杂且高度动态，因此对其进行结构解析是领域内长久以来的难题。
利用冷冻电镜技术，研究小组解析了25种复合物的结构，涵盖了转录前起始复合物的不同组装阶段、不同功能状态及启动子类型。
▲转录起始复合物（图片来源：参考资料[2]）
分析发现，TFIID含有多个DNA结合区，具有较高的序列包容度，可识别各种不同类型的基因启动子。针对不同类型启动子，转录前起始复合物通过两种方式将启动子推动至聚合酶催化中心上方准备转录：一种方式通过“三步到位”，可以作为检查点避免发生不必要的转录；另一种属于“直接到位”。
研究人员还发现了一个出乎意料的结果：在转录前起始复合物中，TFIID中的TBP以同样的方式弯折含有TATA box的启动子（存在于约15%基因）和不含有TATA box的启动子（存在于约85%基因）。“这一发现颠覆了对TBP只结合TATA box的传统看法，很好解释了PIC组装和基因转录为何可发生在几乎所有基因的启动子上。”新闻稿指出。
这支研究团队介绍说：“在复杂的转录调控信号作用下，细胞实现基因差异性表达，从而决定细胞的命运，并影响众多的生理病理过程。”因而此次转录起始过程的详细分子机制得以揭示，无论是对基础研究还是对未来的药物开发都将具有重要的意义。
参考资料
[1] Xizi Chen et al., (2021) Structural insights into preinitiation complex assembly on core promoters. Science Doi: 10.1126/science.aba8490
[2] 突破！徐彦辉团队《Science》长文揭示转录起始复合物识别启动子及动态组装的分子机制 Retrieved Apr. 9, 2021 from https://ibs.fudan.edu.cn/4f/9f/c24338a282527/page.htm
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