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摘要作为中心法则的第一步，转录是基因表达的核心步骤之一。RNA聚合酶（RNA polymerase;RNAP）则是生物体执行转录的分子机器，因此探索RNAP的结构、催化和调控机制非常重要。细菌RNAP由2α、β、β'和ω五个亚基组成，其中最大的两个亚基β和β'的关键区域在进化上高度保守。然而，RNAP-β和β'亚基存在大片段的序列插入，这些序列插入表明了特定的进化谱系。其中，最重要且研究最多的序列插入是β'亚基活性中心附近的sequence insertion3(SI3)。<br>　　RNAP-SI3广泛分布于变形菌门、梭菌门、螺旋体门、网球菌门以及蓝细菌门等18个门类中。特别需要说明的是，由蓝细菌通过内共生演化而来的叶绿体PEP中同样存在SI3。RNAP-SI3在不同种属间的长度不一，从短到长，依次为约180个氨基酸的γ变形菌、260个氨基酸的网球菌、330个氨基酸的ε变形菌，然后到长度约为660个氨基酸的蓝细菌，最后到长度为790或890个氨基酸的叶绿体。相比于RNAP-β'亚基的其它区域，不同门类之间的RNAP-SI3保守性很差。现阶段针对RNAP-SI3的研究仅限于大肠杆菌中，其通过位置变化影响RNAP活性中心的重要结构单元TL/TH的无规则构象(Trigger loop;TL)与螺旋构象(Trigger helix;TH)的相互转换，影响底物NTP的结合以及随后的整合，从而影响转录延伸效率。由于蓝细菌和叶绿体SI3长度是大肠杆菌SI3的3～5倍，而且几乎没有序列保守性，我们推测，蓝细菌和叶绿体RNAP-SI3肯定具有独特的功能。此外，蓝细菌的转录还具有几个显著特征:1）蓝细菌RNAP的rpoC基因拆分成两部分;2）蓝细菌中没有转录校对Gre因子;3）蓝细菌缺乏转录终止Rho因子。因此，本论文主要解析蓝细菌RNAP和叶绿体PEP的结构，通过整体结构阐释RNAP-SI3结构域特有的转录调控机制，同时，我们期望从结构上解释蓝细菌转录的其它特有特征。<br>　　我们以蓝细菌集胞藻属PCC6803（蓝细菌Ssp6803）为研究对象，进行了蓝细菌RNAP的制备，成功获得大量有活性的RNAP。随后，我们利用强大的冷冻电镜技术单颗粒方法，获得了整体分辨率为3.0(A)的RNAP转录起始复合物(RPo)的电镜结构。因为蓝细菌的RNAP-SI3结构域处于整体结构的外围，其所在位置分辨率较差，于是我们通过X射线晶体学的手段，获得了分辨率为1.55(A)的蓝细菌聚球藻PCC7942（Sep7942）RNAP-SI3NTD（氨基酸343-424）(又称RNAP-SI3tail domainⅡ)的晶体结构，结合我们合作者提供的嗜热聚球藻BP-1(TEBP-1)RNAP-SI3head、body，以及tail domainⅠ结构域（氨基酸435-983）的晶体结构，我们成功搭建了蓝细菌RPo的完整结构模型。在结构中，我们观察到RNAP-SI3独特的排布方式:RNAP-SI3从RNAP活性中心附近的TL/TH一端出发，环绕半个RNAP表面后，再回到活性中心TL/TH的另一端。根据结构，我们推测RNAP-SI3靠近TL/TH一端Tail结构域类似大肠杆菌SI3，调控转录延伸;中间Body结构域环绕RNAP核心酶，促进RNAP的正确组装，稳定了RNAP的结构;而远端Head结构域通过与σ因子相互作用，调控转录起始。<br>　　我们还对拟南芥叶绿体PEP的纯化进行了尝试:Ⅰ.通过原核表达技术在大肠杆菌中分别表达叶绿体PEP各个亚基并组装，结果叶绿体PEP各个亚基在大肠杆菌中均不表达;Ⅱ.通过提取菠菜叶绿体内源的PEP，结果没有提取成功;Ⅲ.在烟草叶绿体PEP rpoC2基因C末端添加亲和标签，期望通过亲和层析纯化烟草PEP，目前已获得烟草转基因种子。<br>　　本研究首次解析了蓝细菌转录起始复合物的近原子分辨率电镜结构，观察到SI3在RNAP上独特的排布方式，以及一种新的转录调控机制，为进一步研究RNAP-SI3的功能奠定了结构基础。