和DVD播放機一樣，RNA聚合酶(RNAP)也具有暫停功能，但這種酶是如何進入和離開暫停狀態(tài)的還不清楚。僅僅看一下機器，rna - dna復合物，就像在DVD播放機的槽裝載托盤周圍窺探一樣信息豐富。要更好地理解暫停函數(shù)，需要進行一些機械分析。

威斯康星大學麥迪遜分校的科學家們注意到RNAP并沒有貼上“內(nèi)部沒有用戶可用部件”的標簽，他們將動力學分析和建模工具應用到RNAP的延伸復合體中。由羅伯特·蘭迪克博士、查爾斯·亞諾夫斯基生物化學和細菌學教授領導的這些科學家發(fā)現(xiàn)，暫停過程涉及幾個生物角色，它們共同創(chuàng)造了一個屏障，阻止人們逃離暫停狀態(tài)。這個過程還會引起構象上的適度變化，使RNAP在將DNA送入其反應中心時“步履蹣跚”，暫時阻止其生成RNA。

蘭迪克說:“我們還發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄暫停會使RNAP在暫停時放松控制，并回溯DNA。”“總之，這些結果提供了一個框架，以理解細胞內(nèi)的某些條件和調(diào)節(jié)器如何控制這一過程。”

1月8日，《eLife》雜志發(fā)表了一篇題為《轉(zhuǎn)錄暫停的基本機制》(the elemental mechanism of transcriptional pause)的文章。根據(jù)這篇文章，RNAP暫停功能的機制基礎可以提供一個框架來理解暫停是如何被序列、細胞條件和調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)的。也就是說，對轉(zhuǎn)錄暫停的機械理解可以提高我們對新藥如何離線服用RNAP的理解，包括治療艱難梭菌感染和結核病等疾病的藥物。

“我們報告，”eLife文章的作者寫道，“建立基本暫停信號(i)的機械解剖是多部分的;(ii)引起適度的構象轉(zhuǎn)移，使g-proteobacterial RNAP處于一種旁路狀態(tài)，在這種狀態(tài)下模板堿基的裝載而不是RNA易位受到抑制;并且(iii)允許RNAP很容易地進入預易位和單堿基對回溯狀態(tài)，即使在暫停的cryo-EM結構中觀察到的半易位狀態(tài)限制了暫停逃逸。

當DNA中的信息被用來產(chǎn)生功能基因產(chǎn)物，如蛋白質(zhì)和其他分子時，基因就會表達。這個過程有兩個階段。在第一階段，即轉(zhuǎn)錄階段，RNAP讀取DNA鏈上的信息，然后將其復制到信使核糖核酸(mRNA)的新分子中。在第二階段，分子繼續(xù)被加工或翻譯。

然而，為了幫助控制基因表達水平，RNAP可以在這兩個階段之間發(fā)生轉(zhuǎn)錄暫停，從而提供一種“hold”，即轉(zhuǎn)錄可能終止或調(diào)節(jié)。

“在從細菌到哺乳動物的所有生物體中，一致的暫停序列作用于rnap，它使酶處于一種基本的暫停狀態(tài)，從這種狀態(tài)可以產(chǎn)生較長時間的暫停，”這篇文章的高級作者蘭迪克解釋說。“由于這種元素暫停的基本機制還沒有很好的定義，我們決定使用各種生物化學和生物物理方法來探索它。”

他補充說，當前研究中獲得的見解可能有助于未來設計合成基因的努力，例如，指導RNAP的暫停行為，使其產(chǎn)生所需的基因輸出。它也可以幫助我們理解某些藥物，如RNAP抑制劑，是如何作用于酶的。

Landick總結說:“目前，我們想嘗試生成在一系列時間間隔內(nèi)獲得的暫停轉(zhuǎn)錄復合物的結構。”“這將使我們能夠準確地看到酶在進入和離開暫停狀態(tài)時是如何運動的。”

最近的另一項研究從不同的角度研究了RNAP和轉(zhuǎn)錄暫停。中心的研究人員進行的這項研究中,基因調(diào)控(點)在巴塞羅那,西班牙,與大學的科學家合作Pompeu布拉(UPF)和亥姆霍茲慕尼黑中心,描述了一種新穎的修改RNAP的羧基末端域,即deimination的精氨酸酶PADI2?？茖W家們報告說，這種修飾使聚合酶能夠轉(zhuǎn)錄與癌細胞生長相關的基因。

這項工作發(fā)表在11月21日的《分子細胞》雜志上，在一篇題為《c末端區(qū)域的精氨酸瓜氨酸化控制RNA聚合酶II的轉(zhuǎn)錄》的文章中。根據(jù)這篇文章的作者，這個新發(fā)現(xiàn)的機制可能指向一些藥物，它們能夠靶向PADI2對腫瘤進展所需的RNA聚合酶的特定作用，而不會全局阻斷這種酶。

“我們觀察到，乳腺癌細胞需要一種特殊的修飾來表達細胞增殖和腫瘤進展所需的一組基因，”CRG研究人員、分子細胞論文第一作者Priyanka Sharma博士解釋說。“這種修飾使RNA聚合酶II能夠克服停頓障礙，繼續(xù)轉(zhuǎn)錄這些基因。”