文章信息

文章题目：Structural basis for intrinsic transcription termination

期刊：Nature

发表时间：2023年1月11日

主要内容：中国科学院分子植物科学卓越创新中心合成生物学重点实验室张余研究团队和美国威斯康辛大学麦迪逊分校Robert Landick团队以及浙江大学冯钰团队合作在Nature杂志上发表了文章Structural basis for intrinsic transcription termination，该研究捕获了细菌固有转录终止的中间状态冷冻电镜结构，揭示了细菌RNA聚合酶识别终止序列、停止转录并解离RNA的分子机制。

原文链接：http://www.nature.com/articles/s41586-022-05604-1

使用TransGen产品：

pEASY^®-Basic Seamless Cloning and Assembly Kit（CU201）

研究背景

转录是基因表达的第一步，是遗传中心法则的重要组成。RNA聚合酶以DNA为模板进行的转录分为转录起始、转录延伸和转录终止三个阶段。高效和准确的终止是所有生物基因转录所必需的，转录终止异常会引起RNA降解、干扰下游基因表达、干扰DNA复制、破坏基因组稳定性等。RNA聚合酶一般通过两种途径终止转录，一条途径是依赖于终止因子的转录终止，例如细菌RNA聚合酶依赖具有RNA解旋酶活性的Rho因子终止转录，动植物细胞Pol II依赖具有RNA外切酶活性的XRN终止mRNA转录。另一种是不依赖于终止因子的转录终止，也称为固有转录终止。固有转录终止是噬菌体、细菌和真核生物RNA聚合酶（Pol III）保守的转录终止方式。

文章概述

在转录终止环节，RNA聚合酶需要从高速的延伸状态（～50 碱基/秒）紧急刹车停止转录，随后RNA聚合酶迅速发生构象变化，RNA和DNA从高度稳定的RNAP-DNA-RNA复合物解离。由于转录终止具有高度动态和反应迅速的特征，因此解析转录终止的结构和分子机制具有较大难度。研究团队借鉴前人的研究成果，拆分了转录终止序列，捕获了三个关键的转录终止中间态结构。首先解析了只包含U-tract序列的TTC-pause冷冻电镜结构。其次，解析了包含U-tract序列和部分RNA发卡的TTC-hairpin结构。最后，利用antisense RNA模拟形成完整的发卡结构并诱导转录终止，解析了TTC-release的冷冻电镜结构。据此，研究团队提出了固有转录终止的四个反应步骤：

1. 转录暂停（TTC-pause）：Poly U序列阻止RNAP结合NTP，诱发转录暂停。

2. RNA发卡部分折叠（TTC-hairpin）：RNA发卡折叠进入RNA聚合酶的RNA退出通道，诱导RNA聚合酶构象变化，削弱RNAP和RNA-DNA杂合双链的相互作用。

3. 转录泡DNA闭合（TTC-rewinding）：转录泡的两条DNA单链碱基重新配对，破坏RNA-DNA杂合双链。

4. RNA释放（TTC-release）：RNA聚合酶释放RNA，但仍可以在基因组上自由滑动，最终解离或者滑动至启动子DNA开始下一轮转录。

图1：细菌固有转录终止机制模型

该研究报导了细菌固有转录终止关键中间态的冷冻电镜结构，还原了细菌固有转录终止的全过程，揭示了细菌RNA聚合酶在转录终止序列暂停转录以及RNA发卡结构在RNAP内部折叠并诱导RNA释放的分子机制。回答了细菌RNA聚合酶如何识别转录终止序列、暂停转录、释放RNA的分子机制。该研究拓展了人们对于转录终止的认识，提出的“DNA-rewinding triggered RNA release”的机制为真核RNA聚合酶的转录终止机制提供了参考。

全式金产品支撑

优质的试剂是科学研究的利器。全式金的无缝克隆试剂盒pEASY^®-Basic Seamless Cloning and Assembly Kit（CU201）助力本研究。

pEASY^®-Basic Seamless Cloning and Assembly Kit（CU201）

本产品利用特殊的重组酶和同源重组的原理，可以将任意方法线性化后的载体和与其两端具有15-25 bp重叠区域的PCR片段定向重组，可以实现1-5个片段的高效无缝拼接。多次荣登Nature、Science、Nature Biotechnology等知名期刊，助力科学研究。

➢  产品特点：

• 快速：仅需要15分钟反应时间。

• 简单：不受片段酶切位点的影响，无需对片段酶切。

• 高效：阳性率达95%以上。

• 无缝：不引入额外的序列。

➢  实验结果

•  不同长度单片段连接

将不同长度PCR片段（50 bp、2 kb、5 kb、8 kb）分别插入PG载体后，分别用内切酶酶切鉴定插入效果。结果显示，不同长度的PCR片段均正确插入PG载体。

•  不同长度多片段连接

将不同长度PCR片段(600 bp，900 bp，1200 bp，1500 bp，1800 bp，片段两端设计Nde I酶切位点)，混合后插入pUC19载体后，使用Nde I内切酶酶切鉴定插入效果。结果显示，不同长度的PCR片段均正确插入pUC19载体。

全式金产品再一次登上Nature期刊，证明了大家对全式金产品品质和实力的认可，也完美诠释了全式金一直以来秉承的“品质高于一切，精品服务客户”的理念。全式金始终在助力科研的道路上砥砺前行，希望未来能与更多的科研工作者并肩奋斗，用更多更好的产品持续助力科研。

使用pEASY^®-Basic Seamless Cloningand Assembly Kit（CU201）产品发表的部分文章：

• You L L, Omollo E O, Yu C Z, et al. Structural basis for intrinsic transcription termination [J]. Nature, 2023.

• Liu R, Yang J, Yao J, et al. Optogenetic control of RNA function and metabolism using engineered light-switchable RNA-binding proteins[J]. Nature Biotechnology, 2022.

• Chen Q, Hu T, Li X, et al. Phosphorylation of SWEET sucrose transporters regulates plant root: shoot ratio under drought[J]. Nature plants, 2022.

• Wu M, Xu G, Han C, et al. lncRNA SLERT controls phase separation of FC/DFCs to facilitate Pol I transcription[J]. Science, 2021.

• Dou W, Zhu Q, Zhang M, et al. Screening and evaluation of the strong endogenous promoters in Pichia pastoris[J]. Microbial cell factories, 2021.