復旦大學研究員徐彥輝、青年研究員陳曦子團隊，重建了人源RNA聚合酶Pol III轉錄起始的完整動態過程，揭示了轉錄因子與聚合酶催化活性協同驅動Pol III由轉錄起始向延伸過渡的分子機制，為理解真核短鏈非編碼RNA合成的調控提供了關鍵結構基礎。6月4日，相關研究發表于《自然》。
RNA聚合酶（RNAPs）是轉錄的核心酶，負責將DNA上的遺傳信息轉錄為RNA。在哺乳動物中，RNA聚合酶進化出3種功能分化的形式，即Pol I、Pol II 和 Pol III。其中，Pol II負責轉錄編碼蛋白質的mRNA，與基因表達調控密切相關，是轉錄研究的重點對象。Pol III則主要轉錄多種短鏈非編碼RNA，在蛋白質合成、RNA剪接以及細胞周期調控中發揮關鍵作用。系統解析轉錄起始過程中的動態變化，特別是從轉錄起始向延伸的關鍵轉折機制，是深入理解轉錄調控的核心內容，也是目前最具挑戰性的研究難點之一。
研究團隊參考并優化了前期Pol II研究的方法，設計了一種能夠捕捉轉錄起始向延伸轉換過程中關鍵中間態的策略。研究人員首先構建了多個啟動子DNA模板，并將這些DNA模板與通用轉錄因子（GTFs）以及Pol III共同組裝，啟動體外轉錄反應，進而獲得多個不同階段的轉錄復合物（TC）。
進一步地，研究團隊利用冷凍電鏡單顆粒技術分析了獲得的7個高分辨率Pol III-TC結構。結果顯示，與Pol II和線粒體RNAP相比，Pol III完成轉錄起始向延伸的轉換所需RNA鏈長度更短，僅為6個核苷酸。研究團隊推測，可能與Pol III所負責的模板類型及其在高效合成短鏈非編碼RNA中的功能要求密切相關。
研究團隊取得的另一個重要發現是關于轉錄“再起始”的結構證據。盡管Pol III進入延伸狀態后，與通用轉錄因子的直接相互作用被打破，但這些因子仍穩定結合在啟動子上游區域，支持了轉錄再起始機制的存在。研究表明，早期完成轉錄延伸轉換和快速再起始機制，可能正是Pol III在執行高頻率轉錄任務中所采用的策略。
值得一提的是，研究團在此次研究中建立了一種全新的、無需同位素的轉錄起始活性檢測方法。該方法靈敏度高、安全低毒、操作簡便，適用于常規分子生物學實驗室，大幅提升了轉錄研究的效率和可重復性。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09093-w
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