RNAポリメラーゼに一時停止を守らせる仕組み~転写開始直後の遺伝子発現チェックポイント機構を解明~

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2025-03-06 理化学研究所,東京大学

理化学研究所と東京大学の共同研究グループは、RNAポリメラーゼII(RNAPII)が転写開始直後に一時停止するメカニズムを解明しました。クライオ電子顕微鏡を用いて、RNAPIIが負の転写伸長因子NELFおよびDSIFと結合し、ヌクレオソームに衝突することで転写が一時停止する様子を観察しました。この一時停止は、遺伝子発現のチェックポイントとして機能し、適切なタイミングで転写を再開させることで、遺伝子の発現を制御する主要な機構の一つとして働いています。この研究成果は、がんやウイルス感染症などの疾患の解明に貢献すると期待されます。

<関連情報>

RNAポリメラーゼIIの+1ヌクレオソームでのプロモーター近位休止に関する構造的洞察 Structural insights into promoter-proximal pausing of RNA polymerase II at +1 nucleosome

Masahiro Naganuma, Tomoya Kujirai, Haruhiko Ehara, Tamami Uejima, […], and Shun-ichi Sekine
Science Advances  Published:5 Mar 2025

RNAポリメラーゼに一時停止を守らせる仕組み~転写開始直後の遺伝子発現チェックポイント機構を解明~

Abstract

The metazoan transcription elongation complex (EC) of RNA polymerase II (RNAPII) generally stalls between the transcription start site and the first (+1) nucleosome. This promoter-proximal pausing involves negative elongation factor (NELF), 5,6-dichloro-1-β-d-ribobenzimidazole sensitivity-inducing factor (DSIF), and transcription elongation factor IIS (TFIIS) and is critical for subsequent productive transcription elongation. However, the detailed pausing mechanism and the involvement of the +1 nucleosome remain enigmatic. Here, we report cryo–electron microscopy structures of ECs stalled on nucleosomal DNA. In the absence of TFIIS, the EC is backtracked/arrested due to conflicts between NELF and the nucleosome. We identified two alternative binding modes of NELF, one of which reveals a critical contact with the downstream DNA through the conserved NELF-E basic helix. Upon binding with TFIIS, the EC progressed to the nucleosome to establish a paused EC with a partially unwrapped nucleosome. This paused EC strongly restricts EC progression further downstream. These structures illuminate the mechanism of RNAPII pausing/stalling at the +1 nucleosome.

細胞遺伝子工学
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