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为探究 CDK7 如何协调细胞周期与 RNA 聚合酶 II 转录，研究发现其通过调控核心转录因子网络实现，意义重大。
在生命的微观世界里，细胞的生长、分裂如同精密的时钟，有条不紊地进行着。而在这背后，有一个关键的 “指挥官”—— 细胞周期蛋白依赖性激酶 7（CDK7）。它身兼数职，既参与激活细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK），调控细胞周期进程，又作为转录因子 IIH（TFIIH）复合物的一部分，对 RNA 聚合酶 II（RNAPII）转录发挥调节作用。然而，自上世纪 90 年代以来，一个令人困惑的问题一直困扰着科学家们：CDK7 对细胞周期 CDK 和 RNAPII 转录的影响，究竟是如何协调的呢？这一问题就像一团迷雾，笼罩在细胞生物学的研究领域，亟待解开。
此外，尽管选择性 CDK7 抑制剂能使细胞周期停滞，但其中的具体机制却并不清晰。高浓度的 CDK7 抑制剂才能降低某些 CDK 活性，可较低浓度时却能产生强大的抗增殖效果，这一矛盾现象暗示着 CDK7 调控细胞增殖可能存在尚未被发现的机制。为了揭开这些谜团，来自多个机构的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上。
在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。冷冻电镜技术（cryo-EM）用于解析化合物与蛋白的结合结构，揭示 CDK7 抑制剂的作用机制；PRO-seq、RNA-seq 等高通量测序技术，从转录层面分析基因表达变化，研究 CDK7 对转录的影响；转录因子富集分析（TFEA）、TFEA.ChIP 等方法，则帮助研究人员探究转录因子的活性变化。
研究结果表明：
- CDK7 抑制剂的结构与作用机制：研究人员通过冷冻电镜解析了 SY-5609 和 SY-1365 与 CAK 模块结合的结构，发现这两种化合物与 CDK7 结合存在共性和特异性。共性在于它们都通过与 CDK7 铰链区形成氢键等方式结合，特异性则体现在 SY-5609 的独特基团能与 CDK7 形成额外的相互作用，如与 K41 形成氢键、与 D97 形成盐桥等，这些相互作用增强了其对 CDK7 的亲和力和选择性。
- CDK7 对转录的影响：利用 PRO-seq 技术，研究人员发现 CDK7 抑制会使 RNAPII 转录输出平均降低约 30%，但刺激响应性转录受影响较小，如热休克或干扰素 -γ（IFN-γ）刺激下的基因表达在 CDK7 抑制时仍能正常进行。相反，增殖和细胞周期相关基因的表达则被迅速抑制。这表明 CDK7 对不同类型基因的转录调控存在差异。
- 转录因子的调控机制：通过 TFEA 分析发现，刺激响应性转录因子在 CDK7 抑制时能正常激活，而构成性激活的 “核心” 转录因子（core TFs）则被迅速抑制。研究人员还通过一种名为 TF profiler 的方法，确定了 78 个核心 TFs，这些 TFs 在所有测试的细胞系中均有活性，且主要与启动子结合，控制细胞周期和增殖相关基因的表达。
- 核心 TFs 的抑制机制：CDK7 抑制导致核心 TFs 活性降低的机制较为复杂。一方面，核心 TFs 的磷酸化水平发生变化，许多磷酸化位点位于与 DNA 结合或蛋白 - 蛋白相互作用的关键区域；另一方面，CDK7 还可通过磷酸化 RB1 家族转录因子，影响 RB1 与其他 TFs 的相互作用，进而调控核心 TFs 的活性。此外，CDK7 抑制还会导致核心 TFs 蛋白水平在数小时内下降。
- CDK7 与 CDK4/6 的关系：研究表明，CDK7 对核心 TFs 的调控并非通过 CDK4/6 实现。使用 CDK4/6 抑制剂处理细胞后，核心 TFs 并未像在 CDK7 抑制时那样被抑制，且细胞的转录变化也与 CDK7 抑制时明显不同。
研究结论和讨论部分指出，CDK7 通过对核心 TF 网络的激酶依赖性调节，协调了其作为细胞周期 CAK 和 RNAPII 转录调控因子的功能。这一发现揭示了细胞周期与转录调控之间的重要联系，为理解细胞增殖和发育的分子机制提供了新的视角。同时，研究中对临床相关 CDK7 抑制剂的结构分析，有助于开发新一代更具选择性的治疗药物，为治疗与 CDK7 功能异常相关的发育疾病和癌症带来新的希望。但目前仍有一些问题有待进一步研究，例如长期抑制 CDK7 对核心 TFs 的具体影响，以及如何更精准地利用这些机制开发治疗策略等。总之，这项研究在细胞生物学和医学领域取得了重要突破，为后续研究奠定了坚实基础。
