转录是基因表达调控中的最核心步骤。人类基因转录的失调与多种疾病的发生息息相关，比如发育异常、病毒感染以及癌症等。在真核生物中，RNA聚合酶II（Pol II）催化的转录过程主要分为转录起始、暂停-释放、延伸和终止四个阶段。在转录早期，Pol II通常会暂停在转录起始点（Transcription start site, TSS）下游20-200 bp处，被称作启动子近端暂停（Promoter-proximal pausing），是转录延伸的重要检查点和限速步骤。在暂停之后，Pol II会经历一次重要的命运选择，即暂停Pol II可能直接从启动子附近解离，称为转录提前终止（Premature transcription termination，PTT），也可能被激酶复合物P-TEFb（含CDK9和CYCT1两个亚基）通过磷酸化激活而进入生产性延伸阶段（Productive elongation），称为暂停释放（Pause release）。不同命运的决定对基因的表达水平起着主导调控作用，但目前科学家对早期转录命运决定的机制理解还非常乏，这阻碍了人们对真核生物尤其是富含暂停基因的高等生物的转录调控本质的认知。INTAC主要富集在启动子区域，具有RNA内切酶和磷酸酶的双酶活性。许多研究表明INTAC参与调控早期转录，但其分子机制尚不清楚。

在早期转录的暂停阶段，Pol II的稳定主要依赖于转录延伸负向调控因子NELF和DRB敏感性诱导因子DSIF，三者可形成暂停的转录延伸复合物（Paused elongation complex，PEC）。INTAC被发现可与PEC结合进而介导PTT的发生。那么INTAC与PEC是如何协同工作的，尤其是INTAC的两个催化模块在PTT发生过程中是如何发挥作用的，这些问题都有待解决。

2023年3月4日,我院徐彦辉团队在Protein & Cell上发表题为Structural basis of INTAC-regulated transcription的研究论文，揭示了启动子近端提前终止的分子机制。研究人员在体外成功重构出INTAC与PEC形成的稳定复合物INTAC-PEC，分子量近2.4兆道尔顿。利用结构生物学和生物化学的研究方法，解析了INTAC-PEC的冷冻电镜结构，并揭示INTAC在转录暂停阶段介导转录提前终止发生的分子机制。该项工作是对2021年发表在Science杂志上关于INTAC复合物的发现及其结构和功能研究的延续，进一步回答了INTAC是如何调控早期转录的。

该项工作报道的INTAC-PEC的结构显示PEC（Pol II-DSIF-NELF）通过五个交界面（Interface-I～V）与INTAC结合（图1，A和B）。同时，INTAC-PEC的冷冻电镜密度表明Pol II的C端结构域（C-terminal domain，CTD）可能锚定在INTAC脊柱模块（Backbone）表面并延伸至PP2A-C的活性中心，提示我们这可能是Pol II CTD与INTAC结合并发生持续去磷酸化的路径。生化实验也证实pol II CTD对于PEC招募INTAC起到最关键作用，而PEC复合物的其他组分则起到了稳定整个复合物的作用。

另一方面，INTAC单体中INTS11处于失活状态，PEC与INTAC的结合导致INTS11的活性口袋打开，尤其是PEC中的SPT5组分稳定了从Pol II活性中心伸出的RNA，并为RNA提供了伸向INTS11活性中心的通道。研究人员在INTAC-PEC结构中首次捕捉到RNA的5’端在INTS11活性中心的结合（图1C）。更有趣的是，研究人员发现INTAC-PEC复合物的组装方式决定了RNA 3′端切断产物的最短长度约23-24 nt（图1D）。

该项工作在前期研究的基础上进一步阐释了INTAC复合物是如何将磷酸化调控和RNA剪切这两个重要事件在结构和功能上协同联系起来的，更新和加深了我们对INTAC调控早期转录的分子机制的理解。

图1.（A和B）INTAC-PEC的冷冻电镜密度图（A）和结构模型图（B）；（C）INTAC-PEC的组装导致催化亚基INTS11被激活，活性口袋张开；（D）INTS11切断的RNA产物的尿素变性凝胶电泳胶图。

 据悉，复旦大学生物医学研究院青年研究员郑海、博士生金钱蔚、王鑫鑫为本文共同第一作者，徐彦辉研究员和郑海为本文的共同通讯作者。该论文部分内容曾于2021年底提交至bioRxiv预印本，经历疫情和审稿修回过程得以发表。值得一提的是，德国马克斯·普朗克生物物理化学研究所Patrick Cramer团队在Science上发表了题为Structural basis of Integrator-mediated transcription regulation的研究论文。该论文也同样报道了INTAC-PEC的冷冻电镜结构，但未观察到RNA的5’端在INTS11活性中心的结合模式。

原文链接：

https://academic.oup.com/proteincell/advance-article/doi/10.1093/procel/pwad010/7069365