RECQL5诱导RNA聚合酶II转录制动及再激活的结构基础揭示基因组稳定性调控新机制

本研究通过冷冻电镜技术解析了人类RECQL5与多个转录延伸复合物的结合结构，揭示了RECQL5通过其制动螺旋(brake helix)和螺旋酶活性减缓RNA聚合酶II(Pol II)转录延伸速率的分子机制。研究发现转录偶联修复(TCR)复合物能通过其转位酶活性和与RECQL5竞争结合Pol II来克服转录制动，同时RECQL5能抑制TCR介导的Pol II泛素化以避免过度激活DNA修复通路。该研究为理解转录延伸速率调控与基因组稳定性维持提供了重要结构基础，发表于《Nature Structural & Molecular Biology》。

　　

在真核生物的基因表达过程中，RNA聚合酶II(Pol II)的转录延伸速率需要精确调控。过快的延伸速度可能导致转录-复制冲突、异常的选择性剪接模式以及基因组不稳定性等严重后果。然而，关于转录延伸过程中"制动"机制的结构基础一直不清楚。RECQL5作为一种DNA解旋酶，已被证明能够通过与Pol II相互作用来减缓转录延伸速度，但其分子机制以及与DNA修复通路之间的调控关系尚待阐明。

英国医学研究委员会分子生物学实验室的研究人员通过冷冻电镜(cryo-EM)技术解析了人类RECQL5与多个转录延伸复合物的高分辨率结构，结合生化分析，揭示了RECQL5诱导转录制动及后续再激活的分子机制。这项研究发表在《Nature Structural & Molecular Biology》杂志上，为理解转录延伸速率的动态调控提供了重要见解。

研究采用了多项关键技术：冷冻电镜技术用于解析EC-RECQL5和EC*-RECQL5复合物的高分辨率结构；RNA延伸实验分析不同RECQL5突变体对转录速率的影响；竞争性结合实验研究RECQL5与TCR复合物的相互作用；体外泛素化实验检测RECQL5对Pol II泛素化的抑制作用；以及交联质谱技术鉴定RECQL5与延伸因子间的相互作用位点。

【结构特征揭示RECQL5与Pol II的相互作用】
研究人员首先通过冷冻电镜解析了RECQL5与转录延伸复合物(EC)和激活型延伸复合物(EC*)的结构。结构显示RECQL5通过其内部Pol II相互作用域(IRI)中的制动螺旋与Pol II的RPB1亚基的颌结构域结合。这个制动螺旋延伸至下游DNA的小沟区域，可能通过空间位阻减缓Pol II的前进速度。结构还揭示了RECQL5的KIX结构域与Pol II颌结构域之间存在电荷互补的相互作用界面。

【RECQL5诱导转录制动的分子机制】
通过RNA延伸实验发现，RECQL5能显著减缓Pol II的延伸速率，导致较短转录本的积累。删除制动螺旋或整个IRI结构域部分缓解了RECQL5诱导的转录制动，而删除解旋酶结构域不仅部分恢复转录，还改变了Pol II的停滞模式。特别值得注意的是，解旋酶活性缺陷的RECQL5^D157A突变体无法像野生型RECQL5那样有效减缓转录，表明RECQL5的解旋酶活性对转录制动至关重要。

【RECQL5与TCR复合物的竞争性结合】
结构比较发现，RECQL5的制动螺旋与UVSSA的C端铰链螺旋在Pol II颌结构域上的结合位点完全重叠。竞争实验表明，尽管RECQL5和TCR复合物可以同时结合Pol II，但RECQL5的结合会阻碍UVSSA C端区域的稳定结合。冷冻电镜解析的EC-TCR-RECQL5复合物结构显示，RECQL5的IRI结构域结合在Pol II颌结构域上，阻止了UVSSA的稳定结合。

【TCR复合物克服转录制动的机制】
RNA延伸实验证明，TCR复合物能够恢复被RECQL5减缓的转录延伸速率。这一过程需要CSB的转位酶活性和UVSSA的协同作用。CSB通过其转位酶活性促进Pol II向前移动，破坏RECQL5制动螺旋与下游DNA的相互作用；同时UVSSA的C端铰链螺旋与RECQL5制动螺旋竞争结合位点，共同克服RECQL5诱导的转录制动。

【RECQL5抑制Pol II泛素化的新功能】
研究发现RECQL5能特异性抑制TCR介导的Pol II泛素化，但不影响CSB的泛素化。结构显示RECQL5制动螺旋位于Pol II泛素化主要靶点K1268环附近，可能通过空间位阻阻止UVSSA正确定位，从而避免在无DNA损伤时过度激活DNA修复通路。

这项研究提出了一个转录延伸速率调控的新模型：RECQL5作为"制动器"减缓转录延伸速度，而TCR复合物则充当"加速器"克服这种制动。两者的协同作用确保了转录效率与基因组稳定性的平衡。该发现不仅阐明了转录延伸速率调控的结构基础，还为理解转录相关疾病如Cockayne综合征的分子机制提供了新视角。研究揭示的RECQL5与TCR复合物之间的动态相互作用，可能成为未来开发相关疾病治疗策略的新靶点。