染色质由DNA和组蛋白组成,是真核生物遗传信息的载体,其结构对转录具有重要调控作用。领域内一度广泛认为,松散的常染色质转录活跃,而高度凝缩的异染色质转录沉默。然而,随着研究的深入,学者发现异染色质在特定条件下也能转录,且证明了产自异染色质的RNA在抑制转座子(TE)等方面发挥重要作用。这一现象引发了诸多新的科学问题,其中核心问题之一是:哪些转录调控因子协助RNA聚合酶II(Pol II)在异染色质区域转录?
围绕这一问题,原生动物学团队以四膜虫为材料展开了研究。通过基因敲除筛选,团队鉴定出了通用转录因子TFIIB的一个变体——Emit3具有促进异染色质转录的功能。结合表观基因组学和蛋白质组学分析,研究人员初步揭示了Emit3促进异染色质转录的分子机制:(1)Emit3与Pol II共定位于转座子富集区,且对G-rich序列具有偏好性;(2)Emit3与TFIIH相互作用;同时,Emit3借助其锌指结构促进Pol II与染色质结合;(3)Emit3缺失会导致Pol II与染色质结合受阻,破坏转录中介体复合物的定位,并扰乱TFIIH在染色质上的分布,最终使异染色质转录失活;(4)在Emit3缺失细胞中,异染色质转录受阻导致靶向TE的非编码RNA无法产生,进而引起TE在基因组中异常积累并导致细胞死亡。基于以上结果,研究人员认为Emit3、TFIIH和中介体相关蛋白可能以序列依赖的方式协同作用,在富含G-rich序列的TE区域促进Pol II转录产生靶向TE的非编码RNA,从而保护基因组免受TE破坏。
这项工作首次证实了真核细胞可通过TFIIB变体激活异染色质转录。结合团队前期研究成果(Tian et al., Curr. Biol., 2019),这些发现显示了宿主与TE之间的进化军备竞赛或许是推动真核生物发展出日益复杂的转录调控机制的驱动力之一。
TFIIB变体——Emit3促进RNA聚合酶II在转座子富集区域转录产生靶向转座子的RNA
该研究以“A specialized TFIIB is required for transcription of transposon-targeting noncoding RNAs”为题,发表在了Nucleic Acids Research期刊上。中国海洋大学海洋生物多样性与进化研究所是该论文的第一完成单位和通讯作者单位。
原生动物学团队田苗教授为该论文的通讯作者。博士研究生才霞为该论文第一作者。博士研究生翟志昊、王雪、刘从明美,团队内的刘宇杰老师也参与了本工作。法国人类遗传研究所Kazufumi Mochizuki研究员、维也纳医科大学董刚教授、维也纳大学Josef Loidl教授对本研究亦有重要贡献。本研究得到了崂山实验室科技创新项目、国家自然科学基金优秀青年基金(海外)、国家自然科学基金面上项目、中央高校基本科研专项资金、山东省自然科学基金杰出青年基金、欧盟玛丽·居里学者项目的联合支持。
原文链接:
https://doi.org/10.1093/nar/gkaf427