Sci Adv | 陈飞课题组揭示转录调控因子PAF1的分子调控机制

责编｜酶美

在生命体的功能维持和正常发育中，精密的转录调控起着关键的作用。在后生动物中，RNA聚合酶II (Pol II) 催化的转录过程包括起始，暂停，延伸和终止【1】。其中，启动子近端暂停（Promoter-proximal pausing）是高等生物中的获得性转录特点，越来越多的研究者认为，Pol II的暂停对生物的正常转录不可或缺。暂停过程使转录机器Pol II为复杂的下游转录做好准备，以确保转录效率【2, 3】。由于转录过程的复杂性以及精密性，各个转录步骤之间的紧密联系依赖于多种转录调控因子的共同参与和调控。

PAF1C复合物是一个具有高度保守性、与Pol II直接紧密结合的转录调控复合物，参与转录调控的多个阶段（比如转录暂停和延伸）【4, 5】。然而，PAF1C如何协同对不同转录阶段的调控而最终决定基因表达水平的机制并不清楚。另外，PAF1C 对多种表观遗传修饰（H3K4me3，H2Bub，H3K36me3）有显著调控作用。PAF1C对转录和表观遗传修饰的调控之间是否有相关性或者协同性，也仍然不清楚。

2022年4月1日，复旦大学生物医学研究院陈飞课题组在Science Advances杂志上在线发表题为Coordinated regulation of RNA polymerase II pausing and elongation progression by PAF1 的研究论文。该工作报道了PAF1对转录过程的影响和机制研究，同时探究了PAF1对表观遗传修饰和转录调控之间的关系。

研究者利用了快速降解系统（详见BioArt报道 “Mol Cell丨陈飞团队揭示真核生物转录机器在转录早期命运决定的机制”），将PAF1降解，并通过多种高通量测序技术（ChIP-Rx，PRO-seq，TT-seq，RNA-seq）研究PAF1对转录调控的影响。研究发现，PAF1C的缺失一方面导致暂停Pol II的释放从而促进部分基因表达的上调，另一方面导致转录延伸受阻从而诱导基因基因表达的下调。PAF1C缺失后Pol II的释放越强，基因表达上调越明显；而基因越长，相对延伸缺陷越明显，表达量下降越显著。因此，PAF1C 通过维持转录暂停和促进转录延伸共同调控最终的基因表达。

由于PAF1C对转录暂停和释放存在显著调控作用，研究者推测其可能与其它的暂停和释放因子存在相互作用。通过蛋白互作实验，结合高通量测序，发现PAF1C与Integrator-PP2A（INTAC）具有显著的相互作用，并招募INTAC到染色体上。INTAC是最近发现的调控暂停转录机器的早期终止或有效延伸的命运选择的双酶活转录调控复合物（详见BioArt报道“专家点评Science | 徐彦辉/陈飞合作发现新的转录调控复合物INTAC并揭示其结构和功能，更新对磷酸酶PP2A的认知”）。PAF1C通过调节染色质上INTAC的水平，而进一步影响INTAC和P-TEFb对底物磷酸化水平调控的平衡来维持暂停Pol II 的稳定性和命运选择。另外，PAF1C复合物的缺失对转录的调控可能进一步影响了表观遗传标记的改变，导致组蛋白修饰的积累性下降。这些研究为PAF1C对转录调控的分子机制提供了新的依据，为探究转录调控和表观遗传的关系提供了新的思路。

值得一提的是，清华大学陈默课题组近期发表在Cell Reports 杂志上题为 The PAF1 complex promotes 3’ processing of pervasive transcripts 的工作也揭示了PAF1C对Integrator/INTAC的直接调控作用【6】。在该研究中，他们发现PAF1C与Integrator complex间存在相互作用，并将Integrator招募至染色质上。而PAF1C缺失，会导致Integrator招募的减少，并进一步导致eRNA和PROMPT 3’末端剪切缺陷，以及它们的量的积累。该文章揭示了PAF1C招募Integrator至pervasive transcripts进行3’末端形成的调控机制。

复旦大学附属肿瘤医院博士生王振宁、生物医学研究院博士生宋爱霞和肿瘤医院博士后徐浩为本文共同第一作者。肿瘤医院助理研究员胡士斌，生物医学研究院博士生陶伯林和青年研究员郑海等对本文也有重要的贡献。陈飞为本文的通讯作者。部分实验得到了复旦大学徐彦辉实验室以及武汉大学梁恺威实验室的帮助。

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复旦大学陈飞课题组将依托复旦大学生物医学研究院和附属肿瘤医院，专注于转录和表观遗传调控在发育和癌症中的机制和功能研究。自2020年初在复旦大学建立课题组后，以通讯作者在Science，Molecular Cell，Sicence Advances，Cell Reports上发表文章。课题组受到科技部、国自然基金委、国家高层次人才计划、复旦大学和复旦大学附属肿瘤医院等基金资助。实验室详情见课题组主页：chenf-lab.fudan.edu.cn。目前课题组拟招收科研助理和博士后若干，长期欢迎志同道合、热爱科研的朋友加入。

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原文链接：

http://doi.org/10.1126/sciadv.abm5504

制版人：十一

参考文献

1. Jonkers I, Lis JT. Getting up to speed with transcription elongation by RNA polymerase II. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 16, 167–177 (2015).

2. Chen FX, Smith ER, Shilatifard A. Born to run: Control of transcription elongation by RNA polymerase II. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 19, 464–478 (2018).

3. L. Core, K. Adelman, Promoter-proximal pausing of RNA polymerase II: A nexus of gene regulation. Genes Dev. 33, 960–982 (2019).

4. Chen FX, Xie P, Collings CK, Cao K, Aoi Y, Marshall SA, Rendleman EJ, Ugarenko M, Ozark PA, Zhang A, Shiekhattar R, Shilatifard A. PAF1 regulation of promoter-proximal pause release via enhancer activation. Science. 2017 Sep 22;357(6357):1294-8.

5. Chen FX, Woodfin AR, Gardini A, Rickels RA, Marshall SA, Smith ER, Shiekhattar R, Shilatifard A. PAF1, a molecular regulator of promoter-proximal pausing by RNA polymerase II. Cell. 2015 Aug 27;162(5):1003-15.

6. Liu X, Guo Z, Han J, Peng B, Zhang B, Li H, Hu X, David CJ, Chen M. The PAF1 complex promotes 3’processing of pervasive transcripts. Cell Rep. 2022 Mar 15;38(11):110519.

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