最新Nature封面：我們終於搞清了關鍵RNA的轉錄第一步

在動物和植物細胞內，有一類叫做RNA聚合酶III（Pol III）的酶，它負責轉錄所有的tRNA，以及5S核糖體RNA，對細胞的正常生理功能尤為重要。然而，它具體的運作機制，卻一直沒有得到詳盡的說明。在最新發表的一期《自然》雜誌中，兩篇重磅論文對這一問題進行了解答。

圖片來源：BBC

本文轉載自「學術經緯」，原標題：今日Nature封面：我們終於搞清了關鍵RNA的轉錄第一步。

使用2017年的諾獎技術——冷凍電鏡，來自英國與德國的兩支團隊分別介紹了Pol III啟動轉錄過程的詳細結構基礎。這些發現無論對基礎研究，還是對未來的新葯開發，都有重要的意義。值得一提的是，這些發現也登上了本期《自然》的封面。

《自然》封面強調了這些發現的重要性（圖片來源：《自然》）

在第一篇論文中，來自英國癌症研究所（The Institute of Cancer Research）的科學家們獲得了Pol III與轉錄因子TFIIIB形成的起始前複合體（preinitiation complex）結構。他們發現，隨著TFIIIB對DNA的完全環繞，Pol III的結構會發生變化。具體來說，TFIIIB的Bdp1亞基會造成Pol III特異亞基C37和C34的重排，幫助「打開」雙鏈DNA。隨後，鬆開的DNA鏈會直接結合Pol III的裂口，準備進行轉錄的工作。

Pol III起始前複合體的工作機理（圖片來源：《自然》）

在第二篇論文里，德國海德堡的歐洲分子生物學實驗室（European Molecular Biology Laboratory，EMBL）也用冷凍電鏡，解析了Pol III與TFIIIB組成的起始前複合體結構。他們所解的結構包括DNA雙螺旋尚未打開、已打開、以及開始轉錄的多個階段，並發現TFIIIB與DNA啟動子有著多價的結合。此外，他們也發現，TFIIIB與Pol III的C37亞基能激活起始前複合體內在類似於「轉錄因子」的活性，讓雙鏈DNA開始分離，方便轉錄的進行。

兩批科學家們都指出，從拓撲學和運作機制上看，Pol III的複合體結構與Pol II的複合體結構很類似。這從一定程度上反映了基因轉錄起始的機制，在一定程度上是保守的。

Pol III與Pol II的運作機理很接近，這反映了一定的保守性（圖片來源：《自然》）

「我們使用了冷凍電鏡技術，完成了科學家們之前無法完成的工作。我們能將RNA聚合酶III複合體結合DNA、分離DNA、閱讀DNA的模樣冷凍下來，拍上近100萬張照片，然後用強大的計算機，將類似的照片分組，增強它們的細節，從而得到這一分子機器工作時的模樣，」英國癌症研究所的結構生物學負責人，也是第一項研究通訊作者的Alessandro Vannini博士說道：「現在我們知道這一重要分子機制里，不同的成員如何相互配合。我們有望能設計藥物，開啟或關閉這個系統，這可能為癌症治療帶來全新的方法。」

這與癌症治療有什麼關係？原來在許多癌細胞中，Pol III的活性會失去調控，出現過分活躍，方便細胞進行增長和增殖。而這些詳盡的分子結構，有望讓科學家們找到Pol III系統的關鍵，從多個步驟下手，篩選出能限制Pol III過度活躍的分子，為癌症帶來潛在的治療。這或許是基礎科學造福人類的最佳例證之一。

End

參考資料：1）Structural basis of RNA polymerase III transcription initiation

2）Molecular mechanism of promoter opening by RNA polymerase III

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