RNA聚合酶II（RNAPII）在真核生物中的转录终止是一个复杂而重要的过程，涉及多个机制以确保在适当位置进行有效的转录终止。对于蛋白质编码基因的3'端，经典的转录终止是由切割和加腺苷酸化（CPA）机制完成的，同时导致RNAPII从DNA模板上的移除。在转录开始位点附近，整合子（Integrator，INT）复合体负责执行启动子近端的终止，通过剪切新生mRNA转录物来调节转录。整合子亚基 11（INTS11）是一种核酸内切酶，它在调节基因表达中起着关键作用。
剪切和多聚腺苷酸化特异性因子73蛋白（CPSF73）是一种剪切和多聚腺苷酸化特异性因子，主要参与真核生物基因表达调控的关键环节——多聚腺苷化过程。这个过程对基因表达的效果产生重要影响，是调控基因遗传功能的关键环节之一。先前研究表明神经类器官中BRAT1（BRAT1编码的BRCA1相关蛋白在细胞中起着重要的功能，包括维持基因组的稳定性和DNA修复）的缺失导致转录组紊乱和神经发生驱动转录因子的早熟表达。但其与INTS11及CPSF73作用机制尚不清楚。
近日，美国哥伦比亚大学生物科学系Liang Tong团队在Molecular Cell发表了题为Cytoplasmic binding partners of the Integrator endonuclease INTS11 and its paralog CPSF73 are required for their nuclear function的研究性论文。研究表明INTS11和CPSF73是金属依赖的核酸内切酶，分别在整合子和pre-mRNA 3'端处理过程中发挥作用。INTS11与BRAT1/CG7044在细胞质中结合，使其稳定并在核内执行整合子的功能；而UBE3D则与CPSF73结合，执行类似的作用机制。这些结合伙伴的发现揭示了它们作为细胞质伴侣的角色，对这些酶在核内的功能至关重要。
图示描述：
1) BRAT1/CG7044作为INTS11的细胞质稳定因子的作用。图1A和1B是火山图，显示了通过FLAG-DINTS5和FLAG-DINTS11纯化得到的蛋白质相对丰度分析结果。图1C是来自果蝇S2细胞的免疫印迹分析，验证了CG7044只与DINTS11结合，而不与其他整合子亚基结合。图1D和1E展示了HEK293T和果蝇S2细胞中BRAT1/CG7044和INTS11在细胞质和核中的分布，进一步证实了BRAT1/CG7044主要存在于细胞质中，与整合子功能区分开。
2) 果蝇DINTS11-CG7044复合体的结构。图2A和2B显示了复合体的凝胶过滤和离子交换色谱分析结果，表明DINTS9在纯化过程中存在于亚计量水平。图2C到2G展示了通过冷冻电子显微镜解析的复合体结构，揭示了CG7044主要形成一个大马蹄形结构包围DINTS11的特征。这一结构显示了CG7044的Arm/HEAT结构域与DINTS11紧密结合，并通过其C端与dIntS11的活性位点相互作用。
3) CG7044的保守C端在dIntS11的活性位点被捕获。研究人员首先观察了CG7044的C端插入DINTS11活性位点的情况，详细说明了C端保守的DCY基序是如何与dIntS11的金属离子协调的。之后对比了CG7044和人类CPSF73中的RNA底物结合模式，揭示了CG7044的C端与RNA底物竞争结合的机制。
4) 人类INTS9-INTS11-BRAT1复合体的整体结构。INTS9-INTS11-BRAT1复合体的凝胶过滤分析，表明INTS9的共表达显著提高了复合体的表达水平。复合体的冷冻电子显微镜结构显示了BRAT1的C端以类似CG7044的方式与INTS11的活性位点结合。此外研究还强调了BRAT1和CG7044在果蝇和人类中的相互作用方式的保守性。
5) BRAT1在神经分化中的功能重要性。BRAT1缺失对HCT116细胞中INTS11和INTS9蛋白稳定性的影响，表明BRAT1对于这些蛋白质的稳定和功能至关重要。研究指出BRAT1缺失会导致UsnRNA处理错误，强调了BRAT1与INTS11的功能联系。
6) 最后研究人员探讨了BRAT1缺失对人类胚胎干细胞和神经类器官转录组完整性的影响，揭示了BRAT1在神经分化过程中对基因表达模式的关键调控作用。
全文总结：
该研究揭示了INTS11和CPSF73生物发生的一个以前未知的方面，即伴侣蛋白稳定并参与这些关键RNA内切酶的活性位点。通过冷冻电子显微镜解析了果蝇和人类复合体的结构，揭示了这些伴侣蛋白如何与核酸内切酶的活性位点结合，竞争RNA底物的结合位置。发现了BRAT1在神经分化过程中对基因表达的调控作用，强调了其在神经发育中的重要性。
参考文献：
Lin, Min-Han et al. “Cytoplasmic binding partners of the Integrator endonuclease INTS11 and its paralog CPSF73 are required for their nuclear function.” Molecular cell, S1097-2765(24)00524-0. 8 Jul. 2024, doi:10.1016/j.molcel.2024.06.017.
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