轉錄激酶P-TEFb通過相位分離調控基因轉錄延伸

為了保證生命機體的正常運作，細胞內維持著有序調控并高效運轉的生物化學反應，其中一個重要的反應便存在于由RNA聚合酶Ⅱ(Pol Ⅱ)介導的基因轉錄過程中.Pol Ⅱ復合體最大亞基RPB1的C端有一段高度重復序列(簡稱CTD)，由轉錄激酶P-TEFb對Pol Ⅱ 的CTD結構域進行高度磷酸化修飾的生化反應是實現Pol Ⅱ高效轉錄延伸的必要條件.廈門大學藥學院周強教授課題組長期從事關于P-TEFb在轉錄延伸過程中的功能研究，通過分離及鑒定細胞內多個含有P-TEFb的復合體，對P-TEFb活性調控機制已進行了系統闡釋[1]，但由于CTD結構域含有許多磷酸化修飾位點，P-TEFb對CTD進行高度磷酸化修飾所需的識別及作用機制仍不清楚.

2018年6月14日，周強教授課題組在《Nature》上發表研究論文[2]，報道了P-TEFb中含有的組氨酸富集結構域(histidine-rich domain，HRD)可以通過相位分離的方式促進其對Pol Ⅱ 的CTD結構域進行高度磷酸化修飾并激活轉錄延伸的機制(圖1).在這項研究中，首先通過序列比對發現P-TEFb亞基CycT1及另一基因特異性轉錄激酶DYRK1A的氨基酸序列中均含有進化上保守的HRD，并與其上下游序列一起形成一個大的內在無序區域(intrinsically disordered region，IDR).通過功能研究發現HRD的缺失會顯著降低P-TEFb的轉錄活性、激酶活力及其在染色質上的停留時間，提示HRD在轉錄過程中具有重要作用；而擁有IDR的生物大分子通常具有相位分離的特性,進而通過體外實驗證實了CycT1和DYRK1A的IDR可以通過HRD分子間的相互作用以相位分離的方式聚合形成液滴狀結構；在細胞核內，CycT1和DYRK1A則依賴HRD形成斑點結構并可發生動態融合.此外，還發現HRD能以和CTD直接作用的方式招募并富集Pol Ⅱ到HRD形成的液滴中.當用藥物破壞HRD形成的相變結構后，由P-TEFb介導的Pol Ⅱ CTD高度磷酸化修飾也被顯著抑制.綜上，該研究證實了CycT1通過相位分離的方式富集CDK9和Pol Ⅱ到相變形成的液滴狀結構中，從而最大化地促進Pol Ⅱ CTD磷酸化及轉錄延伸活性.

生物大分子的相位分離是生命科學領域的前沿熱點研究方向，盡管過去有研究報道某些特定轉錄因子可以通過相位分離招募Pol Ⅱ參與轉錄起始調控[3]，但相位分離在轉錄過程的其他階段的調控作用仍缺乏深入研究.周強教授課題組的這一研究證實了相位分離通過促進CTD高度磷酸化修飾這一生化反應對轉錄延伸階段進行調控，為今后以相位分離機制為基礎的藥物設計提供了新思路、新靶點.

圖1 HRD介導的相位分離促進P-TEFb對Pol Ⅱ CTD結構域進行高度磷酸化修飾并激活轉錄延伸的機制