RNA聚合酶II（Pol II）介导的转录是基因表达调控的一个关键环节。为确保基因转录的准确性，Pol II需要与一系列转录因子及调控因子结合构成不同的动态复合体完成转录功能，其中存在着极为复杂的分子调控机制。大量证据表明，基因转录的异常调控会导致多种人类疾病的发生，例如病毒感染、发育异常、癌症等。关于基因转录的分子调控机制研究不仅是生命科学研究领域的核心内容，更对揭示众多疾病的发病机理，靶向性新药的研发等方面具有重要理论指导意义。我们将利用蛋白质组学、二代测序及传统生化分子等技术手段开展基因转录调控机制的前沿性研究，具体研究方向包括以下几个方面：

（1）转录过程中的相变调控机制。关于蛋白质的结构和功能，经典理论认为蛋白质的三维结构决定其功能。但是，最近大量的组学研究发现真核生物中相当比例的蛋白质含有无序非结构/低复杂性序列（IDR/LCD），这些区域没有固定的三维结构，且高度动态化，其具体的生物学功能并不十分清楚。近年来兴起的生物大分子相变理论对阐明这类未遵循结构-功能范例的蛋白质功能起到了巨大推动作用。生物大分子相变是指蛋白质、核酸等生物大分子通过多价性互作富集并形成无膜结构的细胞器/区室的过程。此前的工作中，我们率先报道了P-TEFb中的组蛋白富集域（HRD）具有无序非结构序列特征，其可通过相变方式激活基因转录延伸活性，为阐明IDR/LCD在基因转录调控过程中的功能提供了一个典型范例。另一方面，该工作也引发了许多尚未解决的科学问题。未来几年，我们将从以下几方面深入探索介导HRD相变的调控机制及其生物学意义：（1）阐明HRD介导形成的相变区室的结构组分及其在转录延伸激活中的功能；（2）破译HRD相变的时空调节机制，探索蛋白翻译后修饰在HRD相变建立、维持和解离过程中的分子开关作用；（3）探究依赖于HRD相变激活的转录延伸对病毒侵染、肿瘤发生的影响和分子机理。

（2）Pol II CTD翻译后修饰的分子机理研究。研究表明，负责基因转录的Pol II并不是呈弥散形式均匀分布在细胞核内，而是局部富集形成集合位点。基于这些发现，研究者提出了“转录工厂”（Transcription Factories）的模型，该理论认为各类转录相关因子与基因簇可以通过局部富集促进基因转录的高效进行。虽然随着新型超分辨成像技术的快速发展，细胞核内转录工厂的存在已被大量实验证实，但是关于转录工厂的动态组装及调控机制仍不明确。CTD作为Pol II 最大亚基 Rpb1的一个特殊结构域，可通过其翻译后修饰状态和水平的变化为各种转录相关因子的结合提供一个适宜的结合平台，并借此实现高度动态调控。但是，CTD的氨基酸序列高度重复，可发生多种翻译后修饰并形成不同修饰间的串话组合，其在基因转录过程中的作用机理极其复杂，因而也被研究者称为“CTD密码”。如何准确破译“CTD密码”是基因转录研究领域的重要理论问题，其破解将极大完善研究者对“转录工厂”模型的理解。未来数年，我们将致力于：（1）分离与鉴定含有不同修饰的CTD复合物的组成成分；（2）探究相变在“转录工厂”动态组装过程中的作用；（3）阐明CTD翻译后修饰的时空调控机制。

（3）细胞核架构与基因转录的远程调控机制研究。真核生物的细胞核是一个高度复杂的自组装结构。作为真核细胞内最大的细胞器，它不仅承载着细胞中大多数的遗传信息，更是一系列包括DNA复制、基因转录、mRNA剪切等重要生命活动的进行场所。虽然细胞核内并不存在膜状结构，但核内DNA、RNA和蛋白质等生物大分子并非均匀分布，而是通过相互间的作用和联系形成具有不同功能的次核体/区室，以确保各类生命活动的有序进行和精确调控。细胞核架构与基因的转录活性密切相关。例如，研究表明当基因定位于细胞核中央区域时，其转录活性较高；而定位于核外周区域时，其转录活性则较低或受到明显抑制，但是这一现象背后的机理研究还处于初步探索阶段。未来，我们将以艾滋病毒侵染、肿瘤发生为模型研究细胞核架构对基因表达及疾病发生的影响。

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