Sci. Adv. |?季雄團隊提出FeaSion策略揭示RNA聚合酶磷酸化的特征調控與功能

RNA 聚合酶 II 的 經典 研究 主要 集中于其 C 末端結構域（ CTD ）。 CTD 上高頻率的磷酸化修飾（如 Y1, S2, T4, S5, S7 ）被認為調控了轉錄全過程及共轉錄事件，但其因果機制大多不明。由此產生的 “RNA 聚合酶密碼 ” 假說 —— 即不同磷酸化位點通過招募特異因子行使獨特功能 —— 雖極具吸引力，卻缺乏實質性證據。另一方面，盡管 CTD 相關的激酶與磷酸酶（如 CDK7, CDK9, PP2A, PP1 ）在發育與疾病中的作用已被確認，但當前研究主要局限于少數經典因子，對整個調控網絡的認知仍存在顯著空白。

2025 年 11 月 2 8 日，北京大學生命科學學院、北大 - 清華生命科學聯合中心季雄課題組 在 Science Advances 期刊在線發表題為

FeaSion

decodes the regulatory landscape and functional diversity of RNA polymerase II CTD phosphorylation

研究 人員 首 先 利 用高質量的 CTD 磷酸化抗體， 通過 ChIP -seq 對五種磷酸化的 RNAPII 在基因組中的分布進行了繪制。結果顯示 不同磷酸化位點在基因 上 的定位模式存在 明顯 差異， 各個磷酸化位點 偏好結合的基因在長度、外顯子數、轉錄因子結合等基因組特征上具有特異性。 同時， 結合 ChIP -MS 質譜分析 ， 不同 CTD 磷酸化的 RNAPII 在染色質上的互作蛋白 具有模塊化的特點 ， 且 不同磷酸化形式關聯于 獨特的 生 物學過程， 說明 CTD 磷酸化的 RNAPII 不僅與轉錄相關，還參與了染色質上的各項調控 。

緊接著， 研究 人員 創新性地構建了一個基于染色質流式技術的 CRISPR-FACS 功能篩選平臺 ， 使用不同 CTD 磷酸化的特異性抗體， 將全基因組的 CRISPR 敲除文庫細胞進行通透、 固定之后標記上熒光，并通過熒光信號的強弱區分出可能導致磷酸化水平上調或下調的基因。此后通過 FACS 分選與基因組二代測序， 研究人員 篩選出 了 影響各位點磷酸化水平的調控因子 ， 并提示了 RNAPII CTD 磷酸化與腫瘤等疾病狀態的密切聯系，大大擴充了已知的 RNAPII CTD 磷酸化的調控圖譜。 同時這一策略也為后續開展其他蛋白質的其他翻譯后修飾的調控因子篩選提供了可借鑒的研究策略 。

為了研究各個 CTD 磷酸化位點的功能，研究者們首先通過慢病毒過表達以及 CRISPR 基因敲除， 將細胞內的 RNAPI I 全部 替換為帶有 dTAG 降解標簽的 RNAPII ，從而實現對 RNAPII 蛋白的快速降解。 此后研究者們又分別 在這一細胞系內構建了由 Tet-on 啟動子驅動的 5 個 不同 CTD 磷酸化位點的突變 體細胞系（ Y 1 F 、 S 2 A 、 T 4 V 、 S 5 A 和 S 7 A ，同時使用野生型 RNAPII 作為陰性對照）。在這些突變體細胞系中加入 Dox 和 dTAG 小分子就可以實現 RNAPII 的位點特異性瞬時替換。利用這一瞬時替換系統， 研究者們通過轉錄組、表觀組以及蛋白組學方法，揭示了各個 CTD 磷酸化與轉錄調控、基因表達以及染色質修飾之間的聯系。 該系統 同樣具有廣泛適配性 ， 為 未來 解析蛋白翻譯后修飾的功能 在 提 供了有力的方法工具。

綜合FeaSion策略，研究者們最終鎖定到了3個具有位點特異性調控作用的激酶：CLK1、CLK4和YES1，并通過生化實驗證實了其對RNAPII CTD的直接磷酸化功能。后續的細胞實驗也證明，這些激酶可以直接結合在染色質上并調控基因特異性的 RNAPII 磷酸化。

圖 1. RNAPII CTD 磷酸化位點研究的 FeaSion 策略。

總而言之，本研究首次從全局的視角解析了RNAPII各磷酸化位點的調控網絡和功能特性，為轉錄調控機制研究提供了新的理解。同時FeaSion平臺作為一種普適的研究框架，可推廣應用于其他蛋白翻譯后修飾的功能圖譜繪制，在轉錄調控和疾病研究領域具有廣闊的應用前景。

北京大學生命科學學院、北大 - 清華生命科學聯合中心、核糖核酸北京研究中心 (BEACON) 的季雄研究員為該論文的通訊作者。生命科學學院博士生朱峻毅和包麗君為該論文的共同第一作者。北京大學生命科學學院博士生徐 圣 淳，北京大學 鳳凰工程中心的多個儀器平臺對該研究 提供了重要幫助。

季雄課題組 長期從事 RNA 聚合酶非經典調控 功能 研究。主要集中在 RNA 聚合酶 自身 的分子機理、疾病與 治療 等方向，近年成果發表在 Cell （ 2023 ）、 Molecular Cell （ 2022 ， 2023 ）、 Nature Communications （ 2022 ， 2025 ）、 Science Advances （ 2025 ）、 Nucleic Acids Research (2023 ， 2024 ， 2025) 、 Genome Biology （ 2020 ， 2022 ）、 Cell Reports (2023) 、 Cell Discovery （ 2020 ）等雜志上，為選擇性基因表達調控提供新的假說。歡迎感興趣的博士后和研究生聯系并申請加入 。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adz2345?af=R

制版人： 十一

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