289: 中介体（Mediator）

Author: David S. Goodsell Translator: 于 健（PDBj）

中介体, RNA聚合酶II，是由 DNA 和一般转录因子组装而成的转录前起始复合体。
中介体, RNA聚合酶II，是由 DNA 和一般转录因子组装而成的转录前起始复合体。 高质量的TIFF图片可以从这里获得。

令人惊讶的是，我们的细胞只需要约 2 000 种不同类型的蛋白质就能管理我们一生中所有的工作。当然，控制何时何地制造和使用这些蛋白质非常重要。例如，肌肉细胞有大量的 肌球蛋白（myosin），神经细胞就有离子通道、转运蛋白和受体的适当组合。这种选择大多发生在转录（transcription）层面。细胞仔细控制信使 RNA 分子（messenger RNA）何时被RNA聚合酶II（RNA polymerase II）从特定的基因转录并用于构建蛋白质。目前有 1600 多种不同的转录因子（transcription factor），它们是专门与 DNA 侧链结合的调节蛋白，共同决定何时进行转录，以及需要如何监控细胞的当前状态和行为，并决定是否需要采取行动。一个由大约 30 种不同蛋白质链组成的大型蛋白质复合体 中介体（mediator）整合了这许多输入信息，并在体内需要特定蛋白质的地方和时间点调动 RNA聚合酶II。

介绍

在这里显示的结构来自于PDB 条目 7enc，是一个准备开始转录的"转录前起始复合体"（pre-initiation complex）。该复合体包含真核生物的 中介体和 RNA聚合酶II，以及主要的 RNA聚合酶，后者根据基因组中编码的信息制造传输的 RNA。转录前起始复合体还包含一系列基本转录因子（general transcription factor，见下文）。这些转录因子执行识别基因转录起始位点、分离 DNA 双螺旋的两条链以及促进 RNA聚合酶启动转录等必要任务。然而，目前已知的 中介体结构并未提供有关该复合体重要功能的信息。中介体还与数百个其他转录因子相互作用，决定哪些基因需要转录。这些相互作用的结构细节在很大程度上仍然是一个谜。

远距离互动

我们大多数的转录因子都与DNA中独立于起始位点的调控区结合，这些调控区位于启动子附近或 DNA 中比启动位点更远的地方，如远端增强子（distal enhancer element）元件。中介体与这些转录因子相互作用，帮助确定何时需要构建转录前起始复合物。这些相互作用中许多有趣的方面已经被发现。组成中介体的一些亚基对相互作用非常重要，特别是图中右侧分叉尾部的亚基。中介体可以在远离目标基因组的调控位点与转录因子相互作用，为远端增强子和转录前起始复合物搭桥。使问题进一步复杂的同时，越来越清楚的是，其中一些相互作用可能涉及中介体亚基或转录因子的基本非结构化区域，可能形成相分离的液滴，将中介体和调控蛋白结合在一起。

通用转录因子

从与上图相反的一侧观察转录前起始复合体。图中显示了基本转录因子的位置。
从与上图相反的一侧观察转录前起始复合体。图中显示了基本转录因子的位置。 高质量的TIFF图片可以从这里获得。

该结构揭示了转录前起始复合体中接收RNA聚合酶的基本转录因子的排列。TATA结合蛋白（TATA-binding protein，TBP，TFIID 的一部分）在启动过程中起着核心作用，它与富含 AT（腺嘌呤和胸腺嘧啶）的特征序列结合，并充当使 DNA 急剧弯曲的分子鞍；TFIIA 和 TFIIB 与 DNA 周围的区域相互作用，并与 TFIIF 转录因子、TFIIE、TFIIH 和其他 TFIID 亚基一起为转录过程带来额外的功能。特别是，TFIIH 的一部分是一个转位酶（translocase），它能分离 DNA 双链，为转录做准备，而 TFIIH 的 CAK 模块能将一个磷酸基团添加到RNA聚合酶II 的长尾上，从而发出信号：是时候开始合成mRNA了。

摇摆尾巴

RNA聚合酶II 包含 RPB1 的七个氨基酸序列，以红色和紫色显示。
RNA聚合酶II 包含 RPB1 的七个氨基酸序列，以红色和紫色显示。 高质量的TIFF图片可以从这里获得。

RNA聚合酶II 中最大的亚基被称为 RPB1，它的尾巴很长，但没有折叠结构（此处显示的是 PDB 条目 5iyd与计算结构模型AF-AFP24928F1）。该蛋白质在一个富含丝氨酸的特征性蛋白质序列（7 个氨基酸的重复序列，称为七联重复）中重复了 52 次。在每个重复序列中，第五个丝氨酸被 TFIIH 的 CAK 模块磷酸化。当尾部高度磷酸化时，中介体和RNA聚合酶II 之间的相互作用就会减弱，从而使RNA聚合酶II 能够进行 mRNA 合成。磷酸化的链还能吸引 构建不寻常化学帽的酶，从而保护 mRNA 的前端不被降解。

探索结构

中介体的灵活性

显示方式: 静止图像

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中介体的作用是整合调控信号，它必须与许多不同的蛋白质相互作用。为了实现这一目标，中介体必须灵活地满足其不同伙伴的结构需求；通过比较以下三种不同的结构，我们可以看到其中的一些灵活性：这里显示的是 PDB 条目 6w1s 和 7enj，其中包含单独中介体的结构，以及来自 PDB 条目 7lbm 的转录预起始复合物。对这些结构的进一步研究表明，中介体蛋白的许多部分都没有包括在结构中。据认为，这些部分本质上是无序的，因此可以自由地与它们周围的任何伙伴发生相互作用。点击图表底部的按钮，切换到交互式可操作图像，仔细观察这些结构。

进一步的讨论议题

  1. 附近的核小体可能对中介体的控制作用也很重要，可在 PDB 条目 8gxs中查看。
  2. RCSB PDB 的 "蛋白质特征视图"（Protein Feature View）可用于查找链中尚未解析的原子结构的部分。例如，如果您查看RPB 链的末端，就可以看到重复的七联序列 YSPTSPS。

参考文献

  1. Malik, S., Roeder, R. G. 2023 Regulation of RNA polymerase II pre-initiation complex by its associated coactivators. Nat Rev Genetics 24 767-782
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本文是由RCSB PDB的PDB-101提供的《当月的分子》2024年1月的文章的中文翻译。请参考我们的条款和条件页面。

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