发生在基因启动子区的转录起始过程是基因表达调控的核心,决定着细胞的命运，影响众多生理病理过程。以RNA聚合酶II（Pol II）为核心的转录前起始复合物（preinitiation complex，PIC），识别几乎所有编码基因和大部分非编码基因的启动子区，响应各种转录调控信号，起始基因转录。在今年4月初，复旦大学生物医学研究院/附属肿瘤医院徐彦辉团队在Science杂志报道了包含TFIID的PIC复合物结构，揭示了启动子识别及PIC装配的动态过程，该工作一经发表就得到了国内外广大同行的高度认可。
科学家们发现一个功能非常重要的转录共激活因子，命名为中介体（Mediator），可以将不同信号通路的转录激活信号，传递到PIC上激活转录。对Mediator及PIC-Mediator复合物的研究是转录领域的核心，对其进行结构解析和功能阐释是分子生物学领域几十年来的难题和期待。年5月6日，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）“Structures of the human Mediator and Mediator-bound preinitiation complex”（《人源中介体复合物及其结合转录前起始复合物的结构研究》）。与以往基于TBP的结构相比，该项研究报道了首个结构与功能完整的PIC-Mediator复合物（图1）。结构分析揭示了PIC-Mediator的动态组装过程以及Mediator调控Pol II CTD磷酸化的分子机制。该项工作与徐彦辉团队近期关于PIC的研究相呼，较为全面的回答了转录起始过程的若干重要科学问题，是分子生物学领域的重大突破性成果。
2021

图1:本项研究基于TFIID的PIC-Mediator复合物，为完整转录起始复合物PIC-Mediator（左），中间为何源组近期发表的基于TBP的PIC-Mediator ，右侧为徐彦辉组近期发表的基于TFIID的PIC 。
该项工作发现结合PIC时Mediator发生模块重排（modular reorganization），通过两个相连的分子杠杆产生头部内夹（Head-tilting）和中部下倾（Middle-down）的构象变化。作者提出了一种“CTD磷酸化门控”模型，使CTD结合在Mediator上，保证有效且持续地被磷酸化，而完全磷酸化后又使PIC与Mediator解离，允许转录机器离开启动子进入延伸阶段。
TFIID赋予了PIC-Mediator结构和功能的完整性。在PIC-Mediator整体结构中，Mediator和TFIID分别位于TFIIH的上下两面，两者共同结合并稳定TFIIH，使TFIIH中CDK7激酶和XPB移位酶在PIC-Mediator中正确定位并发挥活性。其中XPB推动启动子DNA进入Pol II催化中心开始转录，而CDK7磷酸化Pol II的CTD允许Pol II聚合酶离开启动子区进入转录延伸，二者的活性是转录起始所必须的。TFIID还赋予了PIC-Mediator组装的高度动态性。
该项工作提供了具有生理相关性和功能完整性的PIC-Mediator复合物结构，揭示了完整PIC-Mediator复合物的动态组装过程，提出了Mediator调控Pol II CTD磷酸化可能的分子机制。结构及其所提示的功能关联性对后续转录机制研究具有重要的指导意义，将分子生物学领域相关研究推到了一个新的高度。国家蛋白质科学研究（上海）设施电镜分析系统在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。