IWS1通过调控下游DNA定位全局促进RNA聚合酶II延伸速率的分子机制

这项研究揭示了转录延伸因子IWS1通过其C端延伸复合体支架结构域（ECS）与RNA聚合酶II（Pol II）结合，直接促进转录延伸速率的新机制。研究人员通过多组学分析、冷冻电镜结构和体外生化实验证明，IWS1通过稳定开放转录泡和定位下游DNA来增强Pol II活性，同时阐明H3K36me3修饰降低是转录缺陷的次级效应。该发现为理解真核生物转录调控提供了重要结构功能见解。

　　

在真核生物中，RNA聚合酶II（Pol II）介导的转录延伸是一个高度调控的过程，其异常与发育障碍、免疫疾病和癌症等多种疾病密切相关。尽管已知多个延伸因子如DSIF（DRB sensitivity-inducing factor）、PAF1（Paf1 complex）和SPT6等能调控这一过程，但IWS1（Interacts with SPT6）作为潜在延伸因子的直接作用机制尚不明确。更关键的是，此前研究多认为IWS1主要通过招募组蛋白甲基转移酶SETD2来促进H3K36me3修饰，但其是否直接影响Pol II功能仍存在争议。

为回答这些问题，Aiturban Zheenbekova、James L. Walshe等研究人员在《Nature Communications》发表了一项综合性研究。通过快速降解dTAG标记的IWS1蛋白结合多组学分析，发现IWS1缺失导致全局RNA合成减少和Pol II延伸速率下降。冷冻电镜解析的延伸复合体结构显示，IWS1通过其延伸复合体支架结构域（ECS）与Pol II、SPT6和ELOF1形成多重相互作用，尤其是C端区域插入Pol II裂隙以定位下游DNA。体外实验进一步证实，IWS1的C端是刺激Pol II活性的关键区域，且与ELOF1协同增强核小体穿越效率。值得注意的是，H3K36me3水平的降低是转录缺陷的间接结果，而非SETD2招募障碍所致。

关键技术方法

研究采用dTAG系统快速降解内源性IWS1，结合TT-seq（transient transcriptome sequencing）和mNET-seq（mammalian native elongating transcript sequencing）分析转录动态；通过冷冻电镜（2.5 ?分辨率）解析Pol II延伸复合体与IWS1、ELOF1的三维结构；体外重建染色质模板开展RNA延伸实验和甲基化分析；利用ChIP-seq检测H3K36me3和Pol II的基因组分布；质谱分析染色质相关蛋白变化。

IWS1缺失导致RNA合成减少

TT-seq显示IWS1降解1小时后，74%的基因（7504/10147）出现RNA合成显著降低（p<2.2×10^-16）。基因长度分组分析表明，长基因的3'端转录下降更明显，提示延伸缺陷。

Pol II延伸速率下降

mNET-seq和ChIP-seq显示IWS1缺失导致Pol II在基因体内积累（p<2.2×10^-16）。TT-seq/mNET-seq比值分析证实延伸速率全局降低，伴随内含子滞留减少（p<2.2×10^-16），符合慢速Pol II促进剪接的现象。

IWS1直接刺激Pol II延伸

体外实验表明，IWS1使全长转录本（228 nt）增加2.7倍（p=2.7×10^-2），与ELOF1协同后提升8.4倍（p=8.4×10^-7）。截断实验证实C端（残基786-819）是活性必需区域。

延伸复合体的结构基础

冷冻电镜揭示IWS1的ECS域包含四个作用位点：1）RPB5钳部结合；2）SPT6 TIM（TND interaction motif）与SPT5 NGN域的三方界面；3）非模板链DNA（R751/R753）和ELOF1锌指结合；4）C端插入Pol II裂隙固定下游DNA。该构象阻碍CSA（Cockayne syndrome A）泛素连接酶结合，但可能与RECQL5竞争结合位点。

H3K36me3降低是转录缺陷的次级效应

质谱显示IWS1缺失未改变SETD2染色质结合（p>0.05），但ChIP-seq发现H3K36me3在基因体内显著减少（p=1.518×10^-12）。体外甲基化实验证实转录活性（而非IWS1）是SETD2活性的主要决定因素。类似地，RTF1或SPT6缺失也导致H3K36me3下降，进一步支持这一结论。

这项研究首次确立了IWS1作为Pol II延伸的全局刺激因子，其通过ECS域构象调控下游DNA定位，从而维持延伸速率。该机制区别于此前认为的SETD2招募模型，为理解转录-染色质修饰耦合提供了新视角。结构解析的IWS1-ELOF1协同作用界面，也为开发靶向转录延伸的小分子抑制剂奠定了理论基础。