58万张照片解析转录起始连续动态全过程

12月22日，复旦大学上海医学院（以下简称“复旦上医”）徐彦辉团队首次用结构重现出了转录从头起始的16个连续动态全过程，揭示了通用转录因子（GTFs）和转录泡协同RNA聚合酶Pol II调控转录起始向转录延伸转变的分子机制，该研究在线发表于《科学》。
转录是基因表达调控的核心，真核细胞的基因转录需要经历起始、延伸、终止等多个阶段，其中转录起始过程涉及十余个复合物上百个蛋白的巨大转变。几十年来，众多的实验室利用生物化学、单分子生物物理以及结构生物学等方法开展了大量探索性的工作，但对其发生过程和分子机制的理解还不够深入。
启动子逃逸是转录从起始到延伸的关键转折步骤，为解析此过程的动态变化，徐彦辉团队设计了一系列转录模板，可以控制RNA聚合酶II停在转录最初17个碱基时的任意碱基位置。研究人员将此设计类比为定格动画，通过逐步捕捉每一步画面，连贯而成一部动态“电影”——连续的转录起始动态全过程，进而揭示完整转录起始过程及其分子机制。
进一步地，研究人员利用复旦上医平台300 kV 冷冻电镜采集了约110天，共58万张照片数据，获得了分别暂停在转录起始位点下游2-17位核苷酸、核心分辨率为2.7-3.3 ?、共16个转录复合物（TC2-TC17）的结构。
课题组结合其早期解析的转录前起始复合物PIC结构，首次观测到启动子逃逸的“关键一刻”：当RNA链长度由9个核苷酸增加到10个时，转录复合物由ITC过渡为EEC状态，NTP水解驱动RNA-DNA发生移位并推动积累的模板单链胀破由TFIIB和Pol II形成的几乎封闭的通道，进而导致TFIIB连带其他GTF从Pol II上解离、转录泡“崩塌”、Pol II从启动子逃逸。