解旋酶RECQL5调控RNA聚合酶II转录的分子机制及基因组稳定性维护的结构解析

本研究通过冷冻电镜技术解析了RECQL5与RNA聚合酶II（Pol II）延伸复合物的高分辨率结构，揭示了RECQL5通过结合下游DNA和诱导Pol II构象变化双重机制调控转录的分子基础。研究发现核苷酸结合状态决定RECQL5对DNA的"推拉"作用，进而影响Pol II的易位状态，为理解转录-复制冲突（TRCs）的解决机制提供了新视角，对癌症等基因组不稳定性相关疾病的研究具有重要意义。

　　

基因组稳定性维护是细胞生命活动的核心命题，而转录过程本身却是基因组不稳定的重要诱因。当高速移动的复制叉与转录中的RNA聚合酶II（Pol II）相遇时，形成的转录-复制冲突（TRCs）会导致DNA损伤和染色体畸变。在人类RecQ解旋酶家族中，RECQL5因其独特的Pol II结合能力被视为基因组守护者，但其分子机制始终是未解之谜。

加州大学伯克利分校的Alfredo Jose Florez Ariza、Nicholas Z. Lue等研究者通过冷冻电镜技术，首次捕获了RECQL5与Pol II延伸复合物（EC）在不同核苷酸状态下的高分辨率结构。研究采用截短的RECQL5_1-620构建体（含解旋酶结构域、RQC结构域和IRI模块），结合特殊设计的核酸支架（含单链ntDNA延伸）来稳定复合物。通过石墨烯氧化物载网优化和冷冻电镜数据采集，最终解析了EC_Free（2.6 ?）、EC_REC-Apo（3.2 ?）、EC_REC-AMPPNP（3.1 ?）和EC_REC-ADP（3.7 ?）四种结构状态。

结构解析揭示多结构域协同作用

研究首先阐明了RECQL5与Pol II的相互作用网络：IRI模块（含αN螺旋和KIX结构域）像锚点般紧扣RPB1下颌，KIX结构域通过α3螺旋的N595、K598和R610残基与Pol II形成盐桥；解旋酶D2亚结构域则与RPB1上颌相互作用，E278和R282残基是关键介导者。

核苷酸状态决定机械调控机制

在无核苷酸状态（EC_REC-Apo），解旋酶以"推挤解旋"模式使下游DNA弯曲17°；而AMPPNP结合后（EC_REC-AMPPNP），D1亚结构域发生6°旋转，转变为"牵拉复旋"模式，诱导Pol II进入易位后状态。这种构象变化使i+1位点tDNA碱基（C13）向上游移动93°，与桥螺旋距离缩短至5.4 ?，达到典型易位后状态标准。

双机制模型解释转录调控

研究提出创新性双机制模型：一方面，RECQL5作为物理路障通过结合下游DNA延缓Pol II进程；另一方面，其通过ATP依赖的DNA扭力传递，诱导Pol II构象重置。RNA延伸实验显示，RECQL5虽总体抑制转录，但能促进28-29nt产物向30nt产物的转化，印证了其"刹车-重启"的双重功能。

这项发表于《Nature Structural & Molecular Biology》的研究首次在原子水平揭示了RECQL5维持基因组稳定的分子机制，为理解癌症（特别是三阴性乳腺癌）中RECQL5功能异常提供了结构基础。发现的DNA扭力传递机制为开发靶向转录-复制冲突的新型抗癌药物开辟了道路。研究还启示RECQL5可能通过类似机制参与R-loop处理，为基因组稳定性研究提供了全新视角。