科学家揭示古菌因子依赖型转录终止分子机制

发布时间：2024-09-27 18:10 原文链接：科学家揭示古菌因子依赖型转录终止分子机制

中国科学院上海免疫与感染研究所研究员王程远团队、美国罗格斯大学教授理查德·艾布赖特团队及科罗拉多州立大学托马斯·圣唐杰洛团队合作，解析了古菌转录终止因子（FttA）依赖型转录终止复合物的三维结构，揭示了FttA介导古菌RNA聚合酶转录终止的分子机制，为进一步理解古菌转录终止及古菌转录-翻译偶联质量控制的结构和功能提供了基础。9月25日，相关研究发表于《自然》。

转录终止是RNA聚合酶停止转录延伸，并使RNA从DNA上解离释放的过程。因子依赖型转录终止普遍存在于细菌、古菌和真核生物中。近两年，关于细菌和真核生物的转录终止的分子机制相继被阐明，但古菌的因子依赖型转录终止机制尚未被阐明。

FttA（也称作aCPSF1）负责古菌中大多数转录单元的转录终止。前期研究发现，唯一在三域内保守的转录因子Spt5，能促进FttA的转录终止活性。FttA如何介导古菌RNA聚合酶的转录终止？Spt5又是如何促进转录终止的？相关机制仍不清楚。

研究团队确认了各组分可以组装成具有转录终止活性的复合物，并使用突变的FttA蛋白进行复合物组装，再通过单颗粒冷冻电镜方法解析了转录终止复合物结构。

结果显示，FttA结合在RNA退出通道的外侧，使RNA可以直接从RNA聚合酶退出通道进入FttA的切割活性中心。FttA以二聚体的形式发挥作用，其中FttAprox 负责执行终止所需的RNA切割，FttAdist通过扩展与mRNA的相互作用面，增强序列U的选择性和终止复合物的稳定性。在转录过程中，FttA首先用核糖核酸内切酶活性对mRNA进行切割，再利用外切酶活性进行5'→3'切割mRNA，并沿着mRNA进行5'→3'转位，从而对转录延伸复合物（TEC）施加机械力，引发转录终止。

在此过程中，Spt5的N端结构域结合RNA聚合酶，C端结构域结合FttA，在FttA与TEC之间起到了桥梁的作用。

研究团队进一步比较了细菌、古菌和真核生物的因子依赖型转录终止机制，发现终止机制均依赖于终止因子在RNA通道外侧与RNA聚合酶和RNA结合，通过转位酶活性或外切酶活性对TEC施加机械力，引发转录终止。

据此，研究团队提出了三域生物因子依赖型转录终止机制的趋同进化模型，为后续探寻生命的起源与进化提供了重要的研究基础。