科学家揭示RNA聚合酶III转录起始动态过程

复旦大学研究员徐彦辉、青年研究员陈曦子团队，重建了人源RNA聚合酶Pol III转录起始的完整动态过程，揭示了转录因子与聚合酶催化活性协同驱动Pol III由转录起始向延伸过渡的分子机制，为理解真核短链非编码RNA合成的调控提供了关键结构基础。6月4日，相关研究发表于《自然》。

RNA聚合酶（RNAPs）是转录的核心酶，负责将DNA上的遗传信息转录为RNA。在哺乳动物中，RNA聚合酶进化出3种功能分化的形式，即Pol I、Pol II 和 Pol III。其中，Pol II负责转录编码蛋白质的mRNA，与基因表达调控密切相关，是转录研究的重点对象。Pol III则主要转录多种短链非编码RNA，在蛋白质合成、RNA剪接以及细胞周期调控中发挥关键作用。系统解析转录起始过程中的动态变化，特别是从转录起始向延伸的关键转折机制，是深入理解转录调控的核心内容，也是目前最具挑战性的研究难点之一。

研究团队参考并优化了前期Pol II研究的方法，设计了一种能够捕捉转录起始向延伸转换过程中关键中间态的策略。研究人员首先构建了多个启动子DNA模板，并将这些DNA模板与通用转录因子（GTFs）以及Pol III共同组装，启动体外转录反应，进而获得多个不同阶段的转录复合物（TC）。

进一步地，研究团队利用冷冻电镜单颗粒技术分析了获得的7个高分辨率Pol III-TC结构。结果显示，与Pol II和线粒体RNAP相比，Pol III完成转录起始向延伸的转换所需RNA链长度更短，仅为6个核苷酸。研究团队推测，可能与Pol III所负责的模板类型及其在高效合成短链非编码RNA中的功能要求密切相关。

研究团队取得的另一个重要发现是关于转录“再起始”的结构证据。尽管Pol III进入延伸状态后，与通用转录因子的直接相互作用被打破，但这些因子仍稳定结合在启动子上游区域，支持了转录再起始机制的存在。研究表明，早期完成转录延伸转换和快速再起始机制，可能正是Pol III在执行高频率转录任务中所采用的策略。

值得一提的是，研究团在此次研究中建立了一种全新的、无需同位素的转录起始活性检测方法。该方法灵敏度高、安全低毒、操作简便，适用于常规分子生物学实验室，大幅提升了转录研究的效率和可重复性。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09093-w