Gpn1参与真核生物RNA聚合酶Ⅱ组装的功能研究

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RNA聚合酶是维持机体细胞生长和器官发育的关键调控机器。在真核生物中主要有3种RNA聚合酶:RNA聚合酶Ⅰ(RNAPⅠ)、RNA聚合酶Ⅱ(RNAPⅡ)和RNA聚合酶Ⅲ(RNAPⅢ)。RNAPⅡ参与所有mRNA转录,是12个亚基组成的大型复合物,分子量约为520KD。虽然RNAPⅡ结构和功能已明确,但复合体组装过程尚不明确。RNAPⅡ无法进行体外自我组装,证明细胞内聚合酶复合体完成组装需要组装因子。
  长期以来,RNAPⅡ组装过程不清晰,是因为缺乏组装因子的鉴定和功能研究。本课题组前期阐明GPN蛋白家族成员Gpn2以及RNAPII结合蛋白Rba50协同组装RNAPⅡ中Rpb3亚复合体的分子机制。GPN蛋白家族成员包括Gpn1,Gpn2和Gpn3,它们均为保守的必需基因,敲除致死,证明三者功能不是冗余的。且Gpn1与Gpn2存在遗传互作关系。因此,本课题主要以酿酒酵母为模式生物,研究酵母Gpn1在RNAPⅡ组装中的功能。
  本课题构建了Gpn1蛋白靶向降解突变株和温度敏感突变株,通过免疫共沉淀和酵母双杂交等技术明确了Gpn1与其他组装因子以及RNAPⅡ亚基的相互关系。当分别快速降解Gpn1、Gpn2或Gpn3时,均观察到RNAPⅡ大亚基Rpb1的细胞质滞留,证明GPN蛋白家族直接参与RNAPⅡ生物合成过程。通过筛选gpnlts温度敏感株并观察生长缺陷对RNAPⅡ组装的影响,发现在限制性温度下,gpnlts突变株中Rpb1出现明显细胞质滞留。同样直接证明Gpn1蛋白影响RNAPⅡ在细胞质中的组装,导致Rpb1在细胞质滞留,RNAPⅡ入核受阻。通过对gpnlts突变株高拷贝遗传筛选,发现Gpn1和RBA50是gpnlts突变株的遗传抑制子。同时利用酵母双杂交技术证明Gpn1、Gpn2和Gpn3与组装因子Rba50(人RPAP1)存在相互作用。并且Gpn1和Rba50均与RNAPⅡ的Rpb2亚基相互作用。此外,为了研究Gpn1和Gpn3间的关系发现Gpn1与Gpn3存在直接相互作用,且Gpn1蛋白降解时Gpn3随之降解,Gpn3降解时Gpn1也随之降解。因此推测Gpn1与Rba50及Gpn3可能协同参与RNAPⅡ的组装。
  本研究证明了Gpn1与RNAPⅡ相户作用,Gpn1突变及降解均造成Rpb1的细胞质滞留。Gpn1与Rba50及Gpn3之间的协同作用为研究Gpn1组装RNA聚合酶Ⅱ的分子机制提供理论依据,也为RNA聚合酶Ⅱ组装过程的全面解析提供新思路。
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