轉錄是基因表達調控中的最核心步驟。人類基因轉錄的失調與多種疾病的發生息息相關，比如發育異常、病毒感染以及癌症等。在真核生物中，RNA聚合酶II（Pol II）催化的轉錄過程主要分為轉錄起始、暫停-釋放、延伸和終止四個階段。在轉錄早期，Pol II通常會暫停在轉錄起始點（Transcription start site, TSS）下遊20-200 bp處，被稱作啟動子近端暫停（Promoter-proximal pausing），是轉錄延伸的重要檢查點和限速步驟。在暫停之後，Pol II會經歷一次重要的命運選擇，即暫停Pol II可能直接從啟動子附近解離，稱為轉錄提前終止（Premature transcription termination，PTT），也可能被激酶復合物P-TEFb（含CDK9和CYCT1兩個亞基）通過磷酸化激活而進入生產性延伸階段（Productive elongation），稱為暫停釋放（Pause release）。不同命運的決定對基因的表達水平起著主導調控作用，但目前科學家對早期轉錄命運決定的機製理解還非常匱乏，這阻礙了人們對真核生物尤其是富含暫停基因的高等生物的轉錄調控本質的認知。INTAC主要富集在啟動子區域，具有RNA內切酶和磷酸酶的雙酶活性。許多研究表明INTAC參與調控早期轉錄，但其分子機製尚不清楚。
在早期轉錄暫停階段，Pol II的穩定主要依賴於轉錄延伸負向調控因子NELF和DRB敏感性誘導因子DSIF，三者可形成暫停的轉錄延伸復合物（Paused elongation complex，PEC）。INTAC被發現可與PEC結合進而介導PTT的發生。那麽INTAC與PEC是如何協同工作的，尤其是INTAC的兩個催化模塊在PTT發生過程中是如何發揮作用的，這些問題都有待解決。
近日，MK体育平台生物醫學研究院/MK体育平台附屬腫瘤醫院徐彥輝團隊在Protein & Cell上發表題為Structural basis of INTAC-regulated transcription的研究論文，揭示了啟動子近端提前終止的分子機製。研究人員在體外成功重構出INTAC與PEC形成的穩定復合物INTAC-PEC，分子量近2.4兆道爾頓。利用結構生物學和生物化學的研究方法，解析了INTAC-PEC的冷凍電鏡結構，並揭示INTAC在轉錄暫停階段介導轉錄提前終止發生的分子機製。該項工作是對2021年發表在Science雜誌上關於INTAC復合物的發現及其結構和功能研究的延續，進一步回答了INTAC是如何調控早期轉錄的。
該項工作報道的INTAC-PEC的結構顯示PEC（Pol II-DSIF-NELF）通過五個交界面（Interface-I～V）與INTAC結合（圖1，A和B）。同時，INTAC-PEC的冷凍電鏡密度表明Pol II的C端結構域（C-terminal domain，CTD）可能錨定在INTAC脊柱模塊（Backbone）表面並延伸至PP2A-C的活性中心，提示我們這可能是Pol II CTD與INTAC結合並發生持續去磷酸化的路徑。生化實驗也證實pol II CTD對於PEC招募INTAC起到最關鍵作用，而PEC復合物的其他組分則起到了穩定整個復合物的作用。
另一方面，INTAC單體中INTS11處於失活狀態，PEC與INTAC的結合導致INTS11的活性口袋打開，尤其是PEC中的SPT5組分穩定了從Pol II活性中心伸出的RNA，並為RNA提供了伸向INTS11活性中心的通道。研究人員在INTAC-PEC結構中首次捕捉到RNA的5’端在INTS11活性中心的結合（圖1C）。更有趣的是，研究人員發現INTAC-PEC復合物的組裝方式決定了RNA 3′端切斷產物的最短長度約23-24 nt（圖1D）。
該項工作在前期研究的基礎上進一步闡釋了INTAC復合物是如何將磷酸化調控和RNA剪切這兩個重要事件在結構和功能上協同聯系起來的，更新和加深了我們對INTAC調控早期轉錄的分子機製的理解。
圖1.（A和B）INTAC-PEC的冷凍電鏡密度圖（A）和結構模型圖（B）；（C）INTAC-PEC的組裝導致催化亞基INTS11被激活，活性口袋張開；（D）INTS11切斷的RNA產物的尿素變性凝膠電泳膠圖。
據悉，MK体育平台生物醫學研究院青年研究員鄭海、博士生金錢蔚、王鑫鑫為本文共同第一作者，徐彥輝研究員和鄭海為本文的共同通訊作者。
論文原文鏈接：https://academic.oup.com/proteincell/advance-article/doi/10.1093/procel/pwad010/7069365
