5月30日，《自然-通訊》（Nature Communications）在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/中科院合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張余研究組撰寫的題為A cryo-EM structure of KTF1-bound polymerase V transcription elongation complex的研究論文。該研究報(bào)道了包含KTF1的RNA聚合酶V（RNA polymerase V; Pol V）轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，為剖析Pol V轉(zhuǎn)錄延伸奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

陸地植物通過RNA介導(dǎo)的DNA甲基化通路（RNA-directed DNA methylation pathway，RdDM）建立和部分維持基因組DNA甲基化。該通路中，基因組DNA甲基化與Pol V的轉(zhuǎn)錄延伸過程緊密偶聯(lián)，Pol V轉(zhuǎn)錄延伸過程通過兩個(gè)層次的相互作用招募Argonaute4/6-siRNA復(fù)合物。第一個(gè)層次是Pol V-KTF1和Argonaute 4/6蛋白的直接相互作用。該相互作用涉及Pol V和KTF1中包含GW基序的結(jié)構(gòu)域。第二個(gè)層次是Pol V轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的long non-coding RNA與Argonaute4/6攜帶的siRNA序列匹配。進(jìn)而，上述復(fù)合物進(jìn)一步招募DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶DRM2在Pol V的轉(zhuǎn)錄區(qū)域進(jìn)行DNA甲基化修飾（圖1）。Pol V由Pol II進(jìn)化而來，但其轉(zhuǎn)錄活性低于Pol II，其轉(zhuǎn)錄的基因組區(qū)域以及相互作用的轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白和Pol II有顯著區(qū)別。

Pol V-KTF1轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)顯示，Pol V具有和Pol II類似的活性中心，但Pol V活性中心的結(jié)構(gòu)單元和Pol II具有構(gòu)象差異。研究推測(cè)這一差異與Pol V的較弱轉(zhuǎn)錄活性相關(guān)。該研究進(jìn)一步表明Pol V具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，而該特征阻止其與Pol II的通用轉(zhuǎn)錄因子（TFIIB、TFIID、TFIIE、TFIIH、TFIIS）以及Pol IV的轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)因子（RDR2）相互作用，解釋了Pol V相較Pol II以及Pol IV功能的獨(dú)特性。此外，該研究揭示了KTF1的KOW5結(jié)構(gòu)域和Pol V之間的相互作用，KTF1的KOW5結(jié)構(gòu)域結(jié)合在Pol V的RNA退出通道附近。這一結(jié)合方式使KTF1 的C端GW結(jié)構(gòu)域指向Pol V轉(zhuǎn)錄RNA的5’末端，從而便于其招募攜帶siRNA的AGO4/6。該成果為Pol V的轉(zhuǎn)錄特征提供了結(jié)構(gòu)解釋，為進(jìn)一步研究Pol V轉(zhuǎn)錄延伸偶聯(lián)的DNA甲基化過程奠定了基礎(chǔ)（圖2）。

研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和上海市基礎(chǔ)研究特區(qū)計(jì)劃項(xiàng)目的支持。

論文鏈接

圖1.Pol V轉(zhuǎn)錄延伸偶聯(lián)DNA甲基化的模式圖

圖2.Pol V-KTF1轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物的冷凍電鏡密度圖和三維結(jié)構(gòu)