為了保證生命機(jī)體的正常運(yùn)作，細(xì)胞內(nèi)維持著有序調(diào)控并高效運(yùn)轉(zhuǎn)的生物化學(xué)反應(yīng)，其中一個重要的反應(yīng)便存在于由RNA聚合酶Ⅱ(Pol Ⅱ)介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄過程中.Pol Ⅱ復(fù)合體最大亞基RPB1的C端有一段高度重復(fù)序列(簡稱CTD)，由轉(zhuǎn)錄激酶P-TEFb對Pol Ⅱ 的CTD結(jié)構(gòu)域進(jìn)行高度磷酸化修飾的生化反應(yīng)是實(shí)現(xiàn)Pol Ⅱ高效轉(zhuǎn)錄延伸的必要條件.廈門大學(xué)藥學(xué)院周強(qiáng)教授課題組長期從事關(guān)于P-TEFb在轉(zhuǎn)錄延伸過程中的功能研究，通過分離及鑒定細(xì)胞內(nèi)多個含有P-TEFb的復(fù)合體，對P-TEFb活性調(diào)控機(jī)制已進(jìn)行了系統(tǒng)闡釋[1]，但由于CTD結(jié)構(gòu)域含有許多磷酸化修飾位點(diǎn)，P-TEFb對CTD進(jìn)行高度磷酸化修飾所需的識別及作用機(jī)制仍不清楚.

2018年6月14日，周強(qiáng)教授課題組在《Nature》上發(fā)表研究論文[2]，報(bào)道了P-TEFb中含有的組氨酸富集結(jié)構(gòu)域(histidine-rich domain，HRD)可以通過相位分離的方式促進(jìn)其對Pol Ⅱ 的CTD結(jié)構(gòu)域進(jìn)行高度磷酸化修飾并激活轉(zhuǎn)錄延伸的機(jī)制(圖1).在這項(xiàng)研究中，首先通過序列比對發(fā)現(xiàn)P-TEFb亞基CycT1及另一基因特異性轉(zhuǎn)錄激酶DYRK1A的氨基酸序列中均含有進(jìn)化上保守的HRD，并與其上下游序列一起形成一個大的內(nèi)在無序區(qū)域(intrinsically disordered region，IDR).通過功能研究發(fā)現(xiàn)HRD的缺失會顯著降低P-TEFb的轉(zhuǎn)錄活性、激酶活力及其在染色質(zhì)上的停留時間，提示HRD在轉(zhuǎn)錄過程中具有重要作用；而擁有IDR的生物大分子通常具有相位分離的特性,進(jìn)而通過體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)了CycT1和DYRK1A的IDR可以通過HRD分子間的相互作用以相位分離的方式聚合形成液滴狀結(jié)構(gòu)；在細(xì)胞核內(nèi)，CycT1和DYRK1A則依賴HRD形成斑點(diǎn)結(jié)構(gòu)并可發(fā)生動態(tài)融合.此外，還發(fā)現(xiàn)HRD能以和CTD直接作用的方式招募并富集Pol Ⅱ到HRD形成的液滴中.當(dāng)用藥物破壞HRD形成的相變結(jié)構(gòu)后，由P-TEFb介導(dǎo)的Pol Ⅱ CTD高度磷酸化修飾也被顯著抑制.綜上，該研究證實(shí)了CycT1通過相位分離的方式富集CDK9和Pol Ⅱ到相變形成的液滴狀結(jié)構(gòu)中，從而最大化地促進(jìn)Pol Ⅱ CTD磷酸化及轉(zhuǎn)錄延伸活性.

生物大分子的相位分離是生命科學(xué)領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)研究方向，盡管過去有研究報(bào)道某些特定轉(zhuǎn)錄因子可以通過相位分離招募Pol Ⅱ參與轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控[3]，但相位分離在轉(zhuǎn)錄過程的其他階段的調(diào)控作用仍缺乏深入研究.周強(qiáng)教授課題組的這一研究證實(shí)了相位分離通過促進(jìn)CTD高度磷酸化修飾這一生化反應(yīng)對轉(zhuǎn)錄延伸階段進(jìn)行調(diào)控，為今后以相位分離機(jī)制為基礎(chǔ)的藥物設(shè)計(jì)提供了新思路、新靶點(diǎn).

圖1 HRD介導(dǎo)的相位分離促進(jìn)P-TEFb對Pol Ⅱ CTD結(jié)構(gòu)域進(jìn)行高度磷酸化修飾并激活轉(zhuǎn)錄延伸的機(jī)制