在人類基因組中，超過(guò)95%的基因都含有內(nèi)含子，這些非編碼序列必須被準(zhǔn)確剪除，才能生成具有功能的成熟mRNA。然而，基因組中存在大量“假剪接位點(diǎn)”，它們?cè)谛蛄猩吓c真實(shí)的剪接位點(diǎn)高度相似，不具備真正的剪接功能。如何在共轉(zhuǎn)錄過(guò)程中精準(zhǔn)識(shí)別真實(shí)剪接位點(diǎn)，是維持基因表達(dá)精確性的關(guān)鍵。

中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所（國(guó)家生物信息中心）郝亞靜團(tuán)隊(duì)與西湖大學(xué)付向東團(tuán)隊(duì)合作，首次揭示了RNA聚合酶II，作為唯一能在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中“線性掃描”剪接位點(diǎn)的分子機(jī)器，如何通過(guò)“U2AF蛋白的動(dòng)態(tài)循環(huán)”機(jī)制，在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中精準(zhǔn)識(shí)別真實(shí)剪接位點(diǎn)的分子機(jī)制。

RNA聚合酶II不僅是轉(zhuǎn)錄的核心引擎，更是共轉(zhuǎn)錄剪接過(guò)程中的關(guān)鍵調(diào)控者。該研究挑戰(zhàn)了長(zhǎng)期以來(lái)“RNA聚合酶II的CTD結(jié)構(gòu)域?qū)φ心技艚右蜃又陵P(guān)重要”的傳統(tǒng)觀點(diǎn)。然而，CTD在招募剪接因子中的作用尚未被直接驗(yàn)證。通過(guò)使用CTD缺失的RNA聚合酶II變體，研究證實(shí)，RNA聚合酶II可以在不依賴CTD的情況下，與U2AF1、SNRNP70等剪接因子結(jié)合，揭示了獨(dú)立于CTD的共轉(zhuǎn)錄剪接調(diào)控機(jī)制。

該研究揭示了RNA聚合酶II，在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)控剪接因子的招募與釋放，實(shí)現(xiàn)對(duì)剪接位點(diǎn)的識(shí)別。RNA聚合酶II能夠在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中對(duì)成對(duì)的5’和3’剪接位點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)線性掃描，在源頭上避免大量假剪接位點(diǎn)的錯(cuò)誤識(shí)別，確保剪接的準(zhǔn)確性與基因表達(dá)的精確調(diào)控。

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，U2AF1與U2AF2總是以穩(wěn)定異源二聚體形式存在，并共同參與剪接。此次研究發(fā)現(xiàn)，U2AF1以單體的形式直接結(jié)合在RNA聚合酶II上，U2AF2以單體形式加入后，與U2AF1結(jié)合形成異源二聚體，進(jìn)而觸發(fā)剪接初始復(fù)合物，從RNA聚合酶II上釋放，進(jìn)入后續(xù)剪接體組裝催化階段。這一發(fā)現(xiàn)打破了“U2AF1必須與U2AF2結(jié)合共同發(fā)揮作用”的傳統(tǒng)認(rèn)知，揭示了U2AF蛋白在剪接過(guò)程中動(dòng)態(tài)循環(huán)的新機(jī)制。

基于上述發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出了“U2AF動(dòng)態(tài)循環(huán)”模型，將共轉(zhuǎn)錄剪接劃分為兩個(gè)階段。一是RNA聚合酶II依賴的剪接位點(diǎn)識(shí)別階段：RNA聚合酶II通過(guò)RPB9招募U2AF1單體，RPB2和RPB2結(jié)合U1 snRNP，實(shí)現(xiàn)對(duì)新生RNA中成對(duì)剪接位點(diǎn)的識(shí)別，防止“假剪接位點(diǎn)”的錯(cuò)誤識(shí)別。二是RNA聚合酶II非依賴的剪接體組裝催化階段：U2AF2與U2AF1結(jié)合形成異源二聚體，進(jìn)而觸發(fā)剪接初始復(fù)合物從RNA聚合酶II上釋放，剪接體進(jìn)入后續(xù)組裝和催化階段，不再依賴RNA聚合酶II。伴隨著RNA聚合酶II的持續(xù)轉(zhuǎn)錄和延伸，釋放后的RNA聚合酶II可以重新招募新的U2AF1單體和U1 snRNP，開啟對(duì)下游剪接位點(diǎn)的成對(duì)識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)剪接過(guò)程的高效、精準(zhǔn)、連續(xù)進(jìn)行。

該研究為理解基因表達(dá)調(diào)控提供了全新視角。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)》（Science）上。

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U2AF周期調(diào)控兩個(gè)共轉(zhuǎn)錄剪接階段示意圖

來(lái)源： 北京基因組研究所