基因表達的精密調控，對生命體的形成、發育以及各種生物學功能的維持至關重要；基因表達的紊亂與各種疾病的發生息息相關。儘管研究者們過去圍繞基因的轉錄調控機制已經有相對清晰的認識，然而圍繞RNA聚合酶II 的C端結構域（CTD）的動態調控特別是轉錄抑制機制仍然知之甚少。
2020年11月27日，《科學》(Science)主刊以長文（Research Article）形式發表了復旦大學附屬腫瘤醫院/生物醫學研究院徐彥輝團隊與陳飛團隊合作研究成果《一種全新轉錄調控復物 INTAC——RNA聚合酶II磷酸酶的鑑定（「Identification of Integrator-PP2A complex (INTAC),an RNA Polymerase II phosphatase」）。該項研究發現了一個全新的轉錄調控複合物 INTAC（包含16個蛋白亞基，總分子量近1.5兆道爾頓），解析了INTAC的高分辨冷凍電鏡結構，揭示了INTAC作為一個雙功能酶同時具備RNA剪切和去磷酸化活性，可去除Pol II的多個CTD磷酸化位點發揮轉錄抑制功能。該項研究首次發現PP2A這一最重要的磷酸酶可直接調控轉錄，突破了以往的相關認知，拓展了磷酸酶與轉錄調控這兩個重要研究領域的研究範疇。
Integrator複合物含有14個亞基（分子量1.4兆道爾頓），能夠通過結合Pol II剪切多種RNA並調控轉錄。研究團隊在開展Integrator結構研究過程中，發現Integrator和PP2A核心酶（PP2A-AC）有較強的相互作用。通過系統生化和結構研究，驗證了二者形成穩定的功能複合物，並將其命名為INTAC（Integrator-containing PP2A-AC），屬於非經典的PP2A全酶複合物（見下圖右上）。
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圖註：INTAC複合物的分子組成和工作模型。（左上）經典的蛋白磷酸酶2（PP2A全酶）的分子組成示意圖，A、B和C分別代表PP2A全酶的結構亞基，調節亞基和催化亞基。PP2A全酶可間接調控轉錄。（右上）INTAC複合物的分子組成示意圖和電鏡密度圖。複合物由四個模塊組成，可直接調控轉錄。（底部）INTAC複合物結合RNA聚合酶Pol II並去除Pol II CTD的第2、5和7位絲氨酸的磷酸化，進而抑制轉錄過程。而磷酸酶活性的損失則增加了Pol II磷酸化的水平，從而導致INTAC目標基因失調的轉錄。
PP2A是人體中最重要的蛋白質磷酸酶之一，在某些組織中其含量甚至達到總蛋白量的1%。在細胞內調控多種生命過程並參與多種疾病的發生，但以往沒有PP2A直接參與轉錄調控的報導。研究團隊解析了INTAC的高分辨結構（整體解析度3.5 ），發現核酸酶（Endonuclease）和磷酸酶（Phosphatase）這兩個催化模塊分布在核心的骨架模塊兩側。進一步的生化研究發現，INTAC中的PP2A-AC去除Pol II CTD磷酸化並抑制轉錄活性。其中Integrator作為非經典的調控亞基，招募Pol II，使PP2A-AC發揮去磷酸化活性。INTAC的磷酸酶與核酸酶的活性分別調控轉錄的不同過程，即核酸酶活性主要調控基因的啟動子近端終止，而去磷酸化酶活性則能夠同時抑制暫停Pol II的釋放和轉錄延伸。
總的來說，該項工作明確了PP2A直接調控基因轉錄，不僅拓展了轉錄調控和PP2A相關領域的研究邊界，還對靶向PP2A的藥物開發提出了重要的指導。特別需要指出的是，以往基於PP2A的靶向藥物開發都只關注其參與信號轉導調控的作用，後續的靶向藥物開發就需要從該研究中獲得啟示考慮到其直接調控轉錄的功能。
值得一提的是，上述工作也是徐彥輝課題組繼2020年初在《科學》（Science）上發表研究長文揭示人源BAF複合物的染色質重塑機制（https://news.fudan.edu.cn/2020/0131/c4a103941/page.htm）之後，在轉錄調控相關結構功能研究中取得的又一項重大成果。
復旦大學附屬腫瘤醫院和生物醫學研究院為第一署名單位，復旦大學附屬腫瘤醫院博士後鄭海、生物醫學研究院2017級博士生戚軼倫、研究助理胡士斌博士、博士後徐從玲、中科院上海營養與健康研究院博士後曹璇為本文共同第一作者，徐彥輝和陳飛為共同通訊作者。北京大學電鏡中心、中科院生物物理所成像中心、上科大電鏡中心、國家蛋白質設施（上海）及正在建設的復旦大學電鏡中心，對數據收集給予了重要的支持。
來 源
醫學宣傳部 生物醫學研究院
封面製圖
溫瑞琪
編 輯
曹盈
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