分子生物學 生物化學 科學報導

受磷酸化調控,RNA Polymerase II 會與可形成纖維多聚體的簡單蛋白質結合

DNA的轉錄除了藉由 RNA Polymerase 進行,還仰賴許多蛋白質像是轉錄因子(transcription factor)等的協助。在過去數十年,科學家藉由生化分析或 X-ray 解晶,對於這些蛋白質 DNA binding domain 的結構以及和 DNA 結合的方式已有相當多的瞭解;然而,關於這些蛋白質的 transcriptional activation domain 激活轉錄的詳細機制至今仍然沒有很透徹的研究。

Low-complexity(LC) domain 是位於 FET(FUS/EWS/TAF 15,皆為 RNA binding protein)N 端的一個功能區,為由[G/S]Y[G/S]重複的胺基酸序列所構成,在高濃度情況下,這些重複的序列會幫助 LC domain 進行可逆的聚合反應(polymerization)。LC domain 在許多癌細胞中普遍地被發現會因染色體轉位(chromosome translocation)和某些蛋白質的 DNA binding domain 結合以激活(activate)基因的表現。考量到癌細胞激烈的演化生存壓力,LC domain 很可能是一個極好的 transcriptional activation domain,可以用來幫助我們了解轉錄激活的詳細機制。

本篇利用 biotinylated isoxazole(b-isox)晶體與 LC domain 良好結合的特性,成功地找到了約 580 種會與 LC domain 結合的核蛋白(nuclear protein),其中令人意外地包含了 RNA polymerase II(Pol II)最大的次單元(subunit)。該次單元的 C-terminal domain(CTD)係由 52 個 Y1S2P3T4S5P6S7 所構成,而 serine(S)的磷酸化在轉錄的過程裡,由起始(initiation)進入延伸(elongation)中扮演極為重要的角色。仔細觀察 CTD 的序列,會發現 S7Y1S2 恰好與構成 LC domain 的胺基酸序列相同,暗示了 LC domain 與 CTD 聚合的可能。

本研究藉由 in vitro 的分析佐證了此猜想,然而此假設僅在 S2、S5 或 S7 上沒有任何磷酸化時才成立,一旦磷酸化發生,CTD 不僅無法和 LC domain 聚合,甚至進行逆反應而離開原本的聚合體。根據這些結果,科學家推測 LC domain 激活轉錄的方式乃是:透過各種帶有 LC domain 的轉錄因子聚在一起形成 LC domain 聚合體,進而吸引 CTD 尚未被磷酸化的 Pol II 停靠在 promoter 的位置;一旦 CTD 發生磷酸化,Pol II 便離開了原先轉錄 initiaion 所在的位置,接著開始進行 elongation。

圖說:LC domain 激活 Pol II 轉錄的方式:從Pol II CTD 尚未被磷酸化(上)到被磷酸化(下)。圖片來源:http://goo.gl/MC2VJo

參考資料:

  1. Kwon, I., Kato, M., Xiang, S., Wu, L., Theodoropoulos, P., Mirzaei, H., Han, T., Xie, S., Corden, J.L., and McKnight, S.L. (2013). Phosphorylation-regulated binding of RNA polymerase II to fibrous polymers of low-complexity domains. Cell 155, 1049-1060.
    DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2013.10.033
  2. Steven McKnight 及其團隊分享關於本篇研究成果之參考影片,https://www.youtube.com/watch?v=8qWtOi6tets

撰文|李政霖
審稿|黃翊豪
修訂|黃子瑄

About the author

李政霖

臺大醫院實習醫師。興趣主要在於表觀遺傳學(epigenetics),特別是 epigenetic inheritance 和 X 染色體的相關議題。目前希望能夠多接觸一些生物資訊學領域的知識,以及表觀遺傳學在生物發育中的角色。希望能夠藉由 Investigator平台開拓視野、增加活動經驗,並認識來自不同領域對生醫研究懷抱熱情的人才,以為日後的研究之路增添更豐富的色彩。