以人类为代表的高等生物，进化出复杂的基因表达调控机制，利用同一套基因组遗传信息，分化出数百种不同的细胞类型，以适应对复杂生长发育过程的需要。转录起始过程发生在几万种不同基因的高度多样化的启动子区，人类肿瘤一半以上是由转录为核心的异常造成的。因此，围绕启动子区转录起始过程的调控，是细胞体系内最为核心的生命过程之一，对其研究一直是生命科学的重大前沿课题。年4月1日，国家蛋白质科学研究（上海）设施用户复旦大学徐彦辉课题组在Science杂志上在线发表了研究长文（Research Article）“Structural insights into preinitiation complex assembly on core promoters”（《结构研究揭示转录前起始复合物识别启动子及动态组装机制》）。该项研究首次报道了包含TFIID的完整PIC结构，揭示了PIC如何识别不同类型启动子并完成多步组装的完整动态过程。徐彦辉课题组经过多年努力，利用冷冻电镜方法，解析了PIC组装过程中所有关键组装步骤和状态的复合物结构。按组装先后顺序包括：单体状态TFIID（14种共20个蛋白，1.3MDa）两种构象，结合启动子的TFIID两种构象，核心cPIC复合物（38个蛋白多肽链，2.1 MDa）两种构象，中间态mPIC（40个蛋白多肽链，2.2 MDa）两种构象，完整状态hPIC（50个蛋白多肽链，2.6 MDa）两种构象。为研究PIC对各种不同类型启动子的识别，研究人员在涵盖所有启动子类型（三种）的8个启动子及5个突变启动子上，组装PIC复合物并进行了结构分析。上述共25个复合物结构提供了PIC组装的不同阶段，不同功能状态，不同启动子类型的全覆盖结构信息。
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图注：PIC动态组装的模式图。TFIID识别启动子（内圈）以及PIC对于不同启动子类型的两种组装方式（外圈）。P、N、D分别代表Park、Neutral和Drive三种启动子构象。右图：三种复合物状态中启动子构象的比对（红色：cPIC，黄色：mPIC, 绿色：hPIC）。下图：cPIC组装过程中在启动子上PIC模块进行匹配（matched modular separation）和重定位（repositioned modular separation）过程模式图。模式图中的结构均来源于本研究工作。DBE：TFIID结合模块（TFIID-binding element）该项工作是近年来转录领域的重要突破，在分子水平上展示了高度动态的转录起始过程，为后续研究基因表达调控奠定了理论基础。国家蛋白质科学研究（上海）设施电镜分析系统在promoter-free TFIID和promoter-TFIID-TFIIA复合物的冷冻电镜数据收集方面提供了强有力的技术支持和机时保障。