《Nature Genetics》基因转录的主调节器被降解后会发生什么

来源：生物通

奥地利科学院分子医学研究中心（CeMM）的Georg Winter使用化学工具来了解癌症基因控制的分子基础及其变异。为了做到这一点，研究小组将快速的蛋白质降解系统（“degradation Tag”/“dTAG”）与高动力学分辨率下的基因活性精确无偏测量结合起来。

细胞类型特异性转录，人类介体复合体（Mediator complex）必不可少。由于实验操作上的挑战，人们对这一问题的认识一直很模糊。

奥地利科学院分子医学研究中心（CeMM）的Georg Winter使用化学工具来了解癌症基因控制的分子基础及其变异。为了做到这一点，研究小组将快速的蛋白质降解系统（“degradation Tag”/“dTAG”）与高动力学分辨率下的基因活性精确无偏测量结合起来。

现在，这个国际科学家团队与Patrick Cramer实验室一起，揭示了介体分子机器如何机械地指导基因激活。

介体在30多年前被鉴定为一种分子桥，它允许转录因子与RNA聚合酶II（Pol II）的细胞基因复制机进行通信，从而激活靶基因。要了解介体在这个过程中的直接作用，需要能够快速阻断介体功能并在随后几分钟内测量Pol II活性变化的技术。

利用靶向蛋白质降解技术，Winter实验室的科学家们现在设法快速去除介体复合体的各个部分来提出这样一个问题：是否所有人类基因的复制都在同样程度上取决于介体的完整性。

与现有的研究范式不同，这项由CeMM博士生Martin Jaeger首次撰写的研究表明，并非所有基因的转录都需要介体。相反，这些数据意味着介体选择性地保护了一小部分基因的表达，这些基因形成紧密连接的调控电路来指导不同细胞类型特异性功能。

通过观察细胞中的PolⅡ酶，科学家们观察到介体对被认为是围绕DNA调节区形成的一大簇转录机制成分（称为超级增强子）进行成核。这些超级增强子通过物理接触它们的靶基因来指导细胞类型特异性基因的表达，这些目标基因通常是数百万个DNA碱基。当介体被降解时，大的Pol-II簇迅速消失，但是超级增强子似乎仍然可以接触到它们的靶基因，这表明介体不需要维持这些DNA接触。

研究小组观察到在介体丢失后，在超级增强子驱动的基因上Pol-II转换的动态发生了巨大的变化。数据表明，介体簇推动PolⅡ酶高效地向这些细胞类型特异基因募集，使它们以显著的效率复制。与此同时，大多数其他基因似乎受到了介质丢失的轻微影响，这使科学家怀疑它们经历了某种意外的代偿性增强。

研究小组继续研究这种代偿机制，发现Pol-II的启动子近端停顿由于介体丢失，在整体上是了。停顿是当Pol-II酶在开始复制一个基因后会被抑制几分钟的现象。处于等待状态的Pol II构成了一个路障，阻止其他Pol II酶在其后面传递，从而限制在给定时间段内产生的RNA拷贝数。

在介体被降解后，科学家们观察到，细胞周期蛋白依赖激酶9（CDK9）是导致细胞信号暂停释放的主要因素，它能更有效地与细胞内DNA结合，并能更积极地用磷酸基标记其蛋白质靶点。化学阻断CDK9的活性使介体降解的转录缺陷对超增强靶基因的选择性降低，这突出表明未被发现的CDK9活化形成了细胞对急性介体丢失的反应。这一出乎意料的发现表明，停顿可能已经演变成一种缓冲能力，可以对Pol II招募中的急性缺陷作出快速反应并部分补偿。

这项研究开辟了新的途径，以了解有核介体Pol-II簇的组成，以及CDK9如何在转录应激反应中如此有效地被激活。此外，Georg Winter还设想了未来可能解决疾病的可能性，有些疾病是介体功能出现了偏差：“非常初步地，我们的工作可能还揭示了介体作为药物靶点的一些潜力，下一步可能是开发针对这种复合物的直接降解分子。”

参考文献

Selective Mediator dependence of cell-type-specifying transcription