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刘敏和陈瑞川团队在《Nucleic Acids Research》杂志发表论文,揭示P-TEFb复合体“死而复生”调控基因转录延伸的分子机制

日期: 2022-01-04

近日,刘敏助理教授和陈瑞川教授团队在《Nucleic Acids Research》杂志上在线发表题为“Disrupting the Cdk9/Cyclin T1 Heterodimer of 7SK snRNP for the Brd4 and AFF1/4 Guided Reconstitution of Active P-TEFb”的研究论文。该研究工作揭示了在应激和细胞周期进程中P-TEFb复合体先彻底解离成单体,再通过募集因子Brd4和SEC引导重新形成活化P-TEFb复合体的过程,从而调控全局性基因转录,以应对环境刺激以及生理过程中基因转录水平的变化和需求。

真核基因的转录延伸受严密而精细的调控,其核心调控元件是正性转录延伸因子P-TEFb复合体。P-TEFb复合体的核心是由激酶Cdk9和辅助蛋白CycT1形成的异二聚体;在细胞中核心P-TEFb进一步形成无转录活性的7SK snRNP复合体(即P-TEFb/HEXIM1/MePCE/Larp7/7SK snRNA)以及有转录活性的Brd4/P-TEFb和SEC/P-TEFb活化复合体。这两类P-TEFb复合体各自约占50%,彼此之间通过相互转换改变细胞内的各自占比,从而适应细胞不同的转录需求。早在2008年,该团队在Genes & Development上揭示了钙离子信号通过去磷酸化Cdk9 T186位点解离无转录活性的7SK snRNP复合体并释放核心P-TEFb的分子机制;2016年该团队在Nucleic Acids Research上进一步揭示活化的Brd4/P-TEFb和SEC/P-TEFb复合体如何重新启动暂停的转录延伸过程。然而,这两者之间的衔接过程,即解离后的核心P-TEFb如何进一步形成活化复合体仍不清楚。

本研究中,该团队首次发现应激和细胞周期进程中无转录活性的7SK snRNP复合体解离时释放的P-TEFb并未以完整的异二聚体形式存在,而是同步解离成T186去磷酸化的Cdk9单体和CycT1单体,以彻底“死亡”(解体)的方式终结转录调控的活性;该过程的精细化展现得益于改良的细胞核抽提物分级分离技术。由于激酶Cdk9 T186位点的磷酸化决定了核心P-TEFb的转录调控活性,因此P-TEFb“复活”形成活化复合体必须经历核心P-TEFb的重新组装以及T186的重新磷酸化。该团队进一步研究发现,募集因子Brd4和SEC负责引导Cdk9和CycT1单体重构异二聚体和Cdk9 T186的自磷酸化从而重新形成活化的P-TEFb复合体,即Brd4/P-TEFb和SEC/P-TEFb复合体,从而激活应激活化基因以及细胞周期进程中早G1期基因的转录。

该研究中最令人惊讶的发现是已经T186去磷酸化而无转录活性的核心P-TEFb的彻底解体,它提示细胞内核心转录调控元件的活性调控非常精细而复杂,通过多水平、多层次严格控制生理和应激情况下基因转录的活性。同时,Cdk9 T186必须依赖与Brd4和SEC的相互作用发生自磷酸化的全新观念,诠释了P-TEFb研究领域悬疑十余年未解的Cdk9激酶活性如何活化的机制。

该论文的共同第一作者是博士生周凯、庄松宽、刘福泷以及伊利诺伊大学的博士生陈彦恒,通讯作者为刘敏助理教授、陈瑞川教授和伊利诺伊大学陈琳峰教授。该研究工作得到了国家自然科学基金、NSFC-NIH联合资助项目、福建省自然科学基金以及厦门大学校长基金的支持。

论文链接:https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab1228/6478483

(图/文 陈瑞川课题组)

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