2021年4月2日，中国学者在《科学》杂志上连续发表三项研究成果，在生命科学、物理和化学领域取得重大进展。iNature系统地介绍了这些研究成果:
[1]转录因子IID识别核心启动子并支持RNA聚合酶II介导的真核转录的启动前复合装配。虽然TATA盒启动子上基于TBP的PIC的结构已经被广泛研究，但是仍然不清楚TFIID如何支持不同类型启动子上的PIC组装，特别是那些没有TATA的启动子。
复旦大学徐彦辉团队在《科学》在线发表了一篇题为“对核心启动子上预起始复合物组装的结构洞察”的研究论文。本研究利用冷冻电子显微镜分析了PIC组装过程中所有关键组装步骤和状态的复合结构。分析表明，TFIID含有多个DNA结合区，具有较高的序列耐受性，可以识别多种类型的基因启动子。针对不同类型的启动子，PIC以两种方式将启动子推到聚合酶催化中心上方，为转录做准备，提出了“双路启动子推送”模型；驱动构象中的完整PIC为转录起始做了两个准备。这一发现也颠覆了TBP只在分子水平结合TATA盒的传统观点，解释了为什么PIC组装和基因转录可以发生在几乎所有的基因启动子中。
[2]拓扑学、宇称时间对称性和非线性是整个自然科学中复杂系统中许多基本现象的起源，但它们之间的相互作用尚未被探索。南开大学的陈志刚、克罗地亚萨格勒布大学的H. Buljan和希腊克里特大学的K. Makris在《科学在线》上联合发表了题为“Pt-对称和非厄米拓扑态的非线性调谐”的研究论文。本研究在国际上首次建立了非线性非厄米拓扑光子学平台，从而实现了利用光学系统中的非线性对宇称时间对称性和非厄米拓扑态的控制。研究团队还发现了非厄米系统中拓扑状态在接近决定PT对称性破缺的奇点时的灵敏度和鲁棒性的拮抗效应，以及通过局部非线性控制系统整体PT对称性的原理。这一创新改变了人们对开放拓扑系统中非线性效应的认识，为非线性拓扑光子学及其相关前沿领域的研究开辟了新的方向。
[3]丙烷氧化脱氢是页岩气生产丙烯的关键技术，但常规金属氧化物催化剂容易发生过氧化反应，形成无价值的COx。最近发现硼基催化剂对该反应具有选择性，B–O–B低聚物通常被视为活性中心。浙江大学的肖丰收、、和中科院精密测量科技创新研究所的郑在《科学在线》上联合发表了题为《丙烷氧化加氢沸石中的孤立硼》的研究论文。本研究采用多孔硅酸盐沸石骨架分离硼，阻碍了硼的完全水解和浸出，从而大大提高了催化剂的耐久性。基于这一策略，研究人员设计了MFI骨架中具有–B[OH…O–Si]2结构的新活性中心，该活性中心仅含有孤立的硼物种，不仅有效地激活了分子氧和丙烷以促进其脱氢，还阻碍了硼在催化过程中的完全水解。结果表明，从MFI骨架中分离出来的硼物种对ODHP表现出极高的反应活性和选择性，丙烷转化率高达44%，乙烯选择性超过80%。所制备的BS-1催化剂具有耐水性，在连续测试中能保持较高的活性和选择性，从而延长其使用寿命，这意味着ODHP技术向前迈进了一大步，有望在未来实现工业化应用。
RNA聚合酶II的真核转录起始需要在核心启动子上组装前起始复合物。这个短序列由转录起始位点上游的50个碱基对和下游的50个碱基对组成。转录因子IID识别核心启动子，通过收集一般转录因子TFIIA、TFIIB、TFIIF、Pol II组装核心PIC，再收集TFIIE组装中间体，从而支持PIC一步一步组装PIC，TFIIH组装完整PIC。PIC组装是Pol II介导的真核转录的严格要求，并且受到严格监控。GTF介导的基础转录由辅激活子和序列特异性转录因子激活，有助于募集转录机制，从而激活靶基因的转录。作为第一个被招募为启动子的GTF，TFIID由TATA盒结合蛋白和13个TBP相关因子组成，分子量约为1.3 MDa。POL介导的转录起始的“教科书”模型始于TBP和TATA盒的结合，在TSS上游约30 bp。TBP将塔塔盒弯曲成鞍形结构，并将PIC组件支撑在塔塔盒发射架上。
然而，已经证明TBP-塔塔系统是一个例外，而不是普遍规律，因为多达85%的编码基因的启动子缺乏一个共同的塔塔盒基序，通常称为无塔塔启动子。此外，几乎所有Pol II介导的基因转录都需要TFIID复合物，但其功能不能被TBP取代。虽然TATA盒启动子上基于TBP的PIC的结构已经被广泛研究，但是仍然不清楚TFIID如何支持不同类型启动子上的PIC组装，特别是那些没有TATA的启动子。
TFIIH是最后一架组装到PIC的GTF。TFIIH由7个亚单位核心模块和1个亚单位细胞周期蛋白依赖激酶激活激酶模块组成。XPB是TFIIH核心的ATP依赖的DNA转移酶亚基，在启动子解链、启动子逃逸和转录起始中起作用。CAK由CDK7、细胞周期蛋白h和MAT1组成。CDK7激酶磷酸化POLII的C-末端结构域。XPB介导的启动子解链和CAK介导的CTD磷酸化都是转录起始所必需的。然而，如何将这两个催化模块集成到基于TFIID的PIC中仍然是未知的。
本研究利用冷冻电子显微镜的方法，分析了PIC组装过程中所有关键组装步骤和状态的复合结构。为了研究PIC对不同启动子的识别，研究人员在覆盖所有启动子类型的8个启动子和5个突变启动子上组装了PIC复合物，并分析了它们的结构。25个复杂结构提供了PIC在不同组装阶段、不同功能状态和不同启动子类型的全覆盖信息。
分析表明，TFIID含有多个DNA结合区，具有较高的序列耐受性，可以识别多种类型的基因启动子。针对不同类型的启动子，PIC以两种方式将启动子推到聚合酶催化中心上方，为转录做准备，提出了“双路启动子推送”模型；驱动构象中的完整PIC为转录起始做了两个准备。这一发现也颠覆了TBP只在分子水平结合TATA盒的传统观点，解释了为什么PIC组装和基因转录可以发生在几乎所有的基因启动子中。
据悉，复旦大学肿瘤医院助理研究员陈、生物医学科学院2017级博士生齐一伦、2016级博士生、2020级博士生王欣欣、2016级博士生李、2017级博士生赵丹、复旦大学肿瘤医院副研究员侯海峰为本文共同第一作者，为通讯作者。
注:部分分析参考文献引自南开大学官网、复旦大学官网及微信官方账号《高分子科学前沿》。
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