近日，北京大学生命科学学院、北大-清华生命科学联合中心季雄团队在《Nature Communications》杂志发表了一篇题为“CTDP1 and RPB7 stabilize Pol II and permit reinitiation”的研究论文。该研究深入探讨了Pol II在转录终止后重新起始过程中的调控机制。研究结果显示，Pol II亚基RPB7与磷酸酶CTDP1相互作用，促进Pol II去磷酸化, 并维持Pol II蛋白稳定，进而协助转录终止后的重新起始。 值得注意的是，RPB7在RNA聚合酶复合物中定位于RNA输出通道口，这一特殊定位使其能够与多种RNA结合蛋白发生特异性相互作用，从而参与RNA加工过程的调控。这种独特的空间构象和功能定位为转录终止与共转录RNA加工的协同完成提供了结构基础。
季雄团队此前利用蛋白质瞬时降解联合多种功能基因组研究技术，系统研究了Pol II的12个亚基的异质性1，并揭示了亚基RPB3通过CBC-PCF11通路特异性调控核糖体蛋白基因的3'末端加工过程2，表明亚基存在特异性的基因表达调控功能。在此基础上，本研究进一步聚焦Pol II茎部结构域的独特亚基RPB7，以探究其在哺乳动物细胞中的功能特性。
研究人员结合非标记定量质谱（Label-free MS）分析以及蛋白质免疫印迹（Western blot）实验，发现RPB7的缺失会导致Pol II 大亚基（RPB1）蛋白水平显著下降。此外，环区缺失的RPB7突变体也无法稳定RPB1，而当使用CDK9激酶抑制剂抑制RPB1的磷酸化水平后，低磷酸化状态的RPB1得以稳定。为了进一步解析这一机制，研究人员借助TurboID邻近标记技术对RPB1的邻近蛋白质组进行定量分析，结果显示RPB7缺失后，磷酸酶CTDP1与RPB1互作水平显著下降。而CTDP1的缺失同样会导致RPB1蛋白水平降低。此外，研究人员还发现，当同时删除RPB1羧基端的Linker和CTD区域后，RPB1的稳定性不再受RPB7和CTDP1调控。
此外，研究人员还发现E3泛素连接酶CUL3的敲除能够挽救RPB7或者CTDP1缺失所导致的高磷酸化RPB1降解。细胞组分分离实验表明，高磷酸化RPB1无法结合染色质，这意味着RPB7和CTDP1在稳定RPB1的同时，促进其重新结合到染色质上。为进一步验证两者在Pol II转录再起始中的作用，研究人员利用转录暂停释放实验（DRB release-Pol II ChIP-seq）发现，RPB7或者CTDP1的缺失均会导致Pol II在转录起始位点的再起始效率下降。此外，RPB7的缺失还会导致低磷酸化Pol II在转录起始位点的结合能力下降，而CTDP1的缺失则无此影响。
进一步的互作蛋白质组数据分析表明，相较于Pol II其他亚基，RPB7与多种RNA加工因子具有更强的相互作用，并且能够影响这些因子与Pol II的互作。通过对RPB7缺失前后的RNA-seq数据进一步深入分析，鉴定出117个转录通读事件。CTDP1缺失同样引发了类似现象。此外，RPB7和CTDP1的缺失还会影响RNA剪接过程，导致外显子比例下降。这些结果一致表明RPB7与新生RNA加工过程密切相关。
综上所述，本研究鉴定到Pol II亚基RPB7的关键互作蛋白——磷酸酶CTDP1，并揭示了RPB7与CTDP1协同调控Pol II蛋白稳定性及其转录再起始过程的分子机制。这一调控过程受到激酶CDK9、E3泛素连接酶Cullin 3、RPB7的环区、RPB1的CTD及其Linker区域的调控。此外，RPB7紧邻Pol II复合物的RNA出口通道，并与RNA加工因子相互作用，参与RNA加工过程的精细调控。这些发现不仅加深了对Pol II在转录终止后如何重新启动新一轮转录过程的理解，也为共转录RNA加工调控研究提供了新的思路。值得注意的是，CTDP1已被证实与多种疾病有关，包括先天性白内障-面部畸形-神经病变综合征3。因此，该研究揭示的CTDP1在转录循环中的关键调控功能，将为探索相关疾病的发病机制提供重要线索。
