共转录剪接的冷冻电镜与机制研究

【项目介绍】 真核细胞中精确的基因表达需要转录与前体mRNA剪接之间的紧密协调。在RNA聚合酶II（Pol II）进行转录的过程中，剪接体以共转录方式从新生RNA中切除内含子。转录机器与剪接机器如何相互通讯以确保高效、准确的剪接，仍然是生物学领域的一个基本问题。

本实验室研究人类细胞中协调转录与剪接的分子机制。利用冷冻电镜技术，我们解析了转录中Pol II-U1 snRNP复合物的结构，揭示了Pol II与剪接体U1 snRNP之间的直接物理相互作用。该结构显示5ʹ剪接位点位于Pol II的RNA出口位点附近，为共转录剪接的早期步骤提供了机制性见解（PMID: 33446560）。

实验室近期的研究进一步表明，U1 snRNP通过与转录延伸因子的相互作用被募集到延伸中的Pol II上（PMID: 40595577）。我们还发现了一种调控转录延伸速率的机制，该机制可能协调转录与RNA加工（PMID: 40624163）。

【项目目标】 本博士项目旨在阐明转录机器与剪接机器之间的分子相互作用，并理解这些相互作用如何促进高效、准确的剪接。学生将研究大型共转录剪接超级复合物的结构与功能，并解析协调基因表达的机制。

【研究方法与培训】 本项目将结合生化、结构生物学和细胞生物学方法。学生将接受以下方面的培训： • 冷冻电子显微镜技术 • 哺乳动物细胞生物学，包括CRISPR-Cas9基因组编辑 • 大型蛋白质-RNA大分子复合物的体外重组 • 生化与生物物理分析

【研究环境】 学生将加入一个专注于基因表达机制研究的协作研究环境，并可使用先进的冷冻电镜、生物物理和质谱设施。

【研究意义】 理解转录与RNA剪接如何协调是基因表达的基础，对于癌症等疾病具有重要意义，因为在这些疾病中剪接失调正日益受到关注。

【主要文献】 Zhang S, Aibara S, Vos SM, Agafonov DE, Lührmann R, Cramer P. Structure of a transcribing RNA polymerase II-U1 snRNP complex. Science. 2021 Jan 15;371(6526):305-309. doi: 10.1126/science.abf1870.

Zhang, L., Gordiyenko, Y., Morgan, T., Franco, C., Tufegdžić Vidaković, A., Zhang, S. (2025) Structural basis of RECQL5-induced RNA polymerase II transcription braking and subsequent reactivation. Nat Struct Mol Biol

Zhang, L., Batters, C., Aibara, S., Gordiyenko, Y., Žumer, K., Schmitzová, J., Maier, K., Cramer, P., Zhang, S. (2025) Structure of a transcribing Pol II-DSIF-SPT6-U1 snRNP complex. Nat Commun 16(1): 5823

Nojima T, Rebelo K, Gomes T, Grosso AR, Proudfoot NJ, Carmo-Fonseca M. RNA Polymerase II Phosphorylated on CTD Serine 5 Interacts with the Spliceosome during Co-transcriptional Splicing. Mol Cell. 2018 Oct 18;72(2):369-379.e4. doi: 10.1016/j.molcel.2018.09.004.

【综述文献】 Tellier M, Maudlin I, Murphy S. Transcription and splicing: A two-way street. Wiley Interdiscip Rev RNA. 2020 Sep;11(5):e1593. doi: 10.1002/wrna.1593.