Science | 多年磨一剑！南方科技大学杜嘉木团队解析小RNA的生物合成机制

除了真核生物中保守的RNA聚合酶(Pols) I-III外，两种非典型聚合酶Pols IV和V在植物中RNA介导的DNA甲基化(RdDM)途径中特异性地产生非编码RNA。虽然结构研究对于理解Pol的机制至关重要，但确定Pol V的结构仍然是一个挑战。

2023年3月9日，南方科技大学杜嘉木团队在Science 在线发表题为“Structure and mechanism of the plant RNA polymerase V”的研究论文，该研究报道了花椰菜Pol V的自由构象和延伸构象的结构。

NRPE2的保守酪氨酸残基与转录泡的dsDNA分支堆叠，通过诱导转录停滞来潜在地减弱延伸。非模板DNA链被NRPE2捕获以增强回溯性，从而增加3 '-5 '切割，这可能是Pol V的高保真度的基础。这些结构还阐明了Pol V转录失速和增强回溯的机制，这可能对Pol V保留在染色质上以发挥其在RdDM下游因子系留中的作用很重要。

DNA依赖的RNA聚合酶(DdRPs)的转录将遗传信息从DNA传递到RNA。虽然RNA聚合酶(Pols) I-III在大多数真核生物中是保守的，但植物拥有两个额外的Pols, IV和V，参与植物特异性RNA介导的DNA甲基化(RdDM)途径。在RdDM中，Pol IV转录本被RNA依赖的RNA聚合酶2 (RDR2)用于产生双链RNA，随后由DICER-LIKE 3 (DCL3)加工成siRNA，并加载到ARGONAUTE 4 (AGO4)中。

在第二个下游步骤中，Pol V产生长链非编码RNA (lncRNA)转录本，作为结合AGO4-siRNA复合体的支架，然后招募DNA甲基转移酶结构域重排甲基化酶2 (DRM2)介导DNA甲基化和基因沉默。因此，Pol V既能产生转录本，又能将其他因子束缚在染色质上。

BoPol V的结构（图源自Science ）

尽管从Pol II进化而来，Pol IV/V 分支的DdRPs在多个亚基和关键残基中具有取代，这些亚基和关键残基适应于其不同的功能。据报道，Pol IV和V都需要RNA引物，并且与Pol II相比显示出较弱的体外转录活性。Pol IV也比Pol II更容易出错，而Pol V据报道具有更高的保真度。虽然结构研究对于理解Pol的机制至关重要，但确定Pol V的结构仍然是一个挑战。

NRPE2与转录泡之间的相互作用（图源自Science ）

该研究报道了花椰菜Pol V的自由构象和延伸构象的结构。NRPE2的保守酪氨酸残基与转录泡的dsDNA分支堆叠，通过诱导转录停滞来潜在地减弱延伸。非模板DNA链被NRPE2捕获以增强回溯性，从而增加3 '-5 '切割，这可能是Pol V的高保真度的基础。这些结构还阐明了Pol V转录失速和增强回溯的机制，这可能对Pol V保留在染色质上以发挥其在RdDM下游因子系留中的作用很重要。

南科大杜嘉木教授、UCLASteven Jacobsen教授和深圳大学李思思教授是该论文的共同通讯作者，南科大王倩、UCLAYan Xue以及清华大学张来幸博士是该论文的共同第一作者。清华大学杨茂军教授、南科大翟继先和吴柘教授等课题组也参与了课题的开展。该工作受到了科技部国家重点研发计划、深圳市科创委项目、广东省创新团队项目以及广东省普通高校重点实验室的支持。冷冻电镜数据在南方科技大学冷冻电镜中心采集。

参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf8231