中国科学院分子植物科学卓越创新中心/中国科学院合成生物学重点实验室研究员张余课题组成功解析了酵母细胞mRNA（信使核糖核酸）转录终止状态的复合物结构，揭示了核酸外切酶介导mRNA转录终止的分子机制，对进一步理解基因转录的工作机制具有重要意义。3月28日，相关研究成果发表于《自然》。

▲外切酶Rat1与Pol II形成的复合物结构

转录是中心法则必不可少的一步，在基因表达过程中发挥着重要作用，按其反应过程可以分为转录起始、转录延伸和转录终止。其中，转录终止是指RNA（核糖核酸）聚合酶停止RNA延伸、释放RNA并从DNA（脱氧核糖核酸）解离的过程。正确的转录终止对mRNA的稳定性和RNA聚合酶的高效循环利用至关重要。真核细胞RNA聚合酶II （Pol II）的mRNA转录终止机制非常保守，主要依赖于RNA核酸外切酶的活性，然而外切酶终止Pol II mRNA合成的分子机制尚未阐明。

▲外切酶Rat1介导的转录终止模

研究团队在体外重构了外切酶终止Pol II mRNA合成的过程，并解析了外切酶结合Pol II转录复合物的三维结构。研究发现，外切酶稳定结合在Pol II的RNA通道外侧，外切酶的结合位置和Pol II的转录延伸因子互相重叠，促使了延伸因子的解离，并解释了外切酶延缓Pol II转录延伸速率的原因。根据以上结构信息，研究团队进一步提出了外切酶介导的mRNA转录终止机制，表明mRNA的转录终止符合修正版的“鱼雷”模型，即Pol II类似航行的军舰，外切酶“鱼雷”追赶上Pol II后，吸附在Pol II上，随后利用其水解RNA转化的机械力将RNA从Pol II中拖拽出来。此外，通过比较细菌、古菌和真核生物mRNA转录终止过程，研究团队发现三域生物利用相似的方式终止mRNA合成。这些终止因子均结合在聚合酶的RNA通道外侧。真核生物利用Rat1/XRN2/XRN3的外切酶活性、细菌利用Rho的RNA移位酶活性、古菌利用FttA的外切酶活性解离mRNA。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07240-3来源：中国科学报 （2024-03-29 第1版 要闻）责编：刘映含