《PLOS Genetics》：Protein-interaction network analysis reveals the role of Prp19 splicing factor in transcription of both intron-containing and intron-lacking genes
编辑推荐：
这篇综述挑战了传统观点，揭示了剪接因子并非仅参与RNA加工。研究通过定量蛋白质组学等技术，系统阐述了Prp19因子与转录起始复合物（TFIID）、终止复合物（CPF）、染色质重塑复合物（RSC）等的相互作用。这些发现表明Prp19在RNA聚合酶II（RNAPII）的转录周期中发挥着超越剪接的、新颖的调控作用，影响了前起始复合物（PIC）组装和转录终止等多个步骤。
引言
在真核生物基因表达的复杂图景中，RNA聚合酶II（RNAPII）介导的转录过程与新生mRNA的加帽、剪接和切割-多聚腺苷酸化等加工过程紧密相连。这些加工主要共转录发生。传统观点认为，参与这些过程的因子具有特定步骤的专一功能。然而，越来越多的证据表明，转录和RNA加工并非独立事件，而是通过广泛的分子相互作用网络整合在一起。例如，启动子与终止子之间存在广泛的相互作用，形成基因环化结构。值得注意的是，剪接因子也被证明可以影响转录，转录因子也可以调控剪接，模糊了这些过程之间的界限。
本研究从探索RNAPII转录周期中发生的蛋白质-蛋白质相互作用出发。通过对染色质组分中亲和纯化的酵母三种终止复合物——CPF、CF1和Rat1——进行质谱分析，定量蛋白质组学揭示了终止因子与起始因子TFIIB、TFIID以及SAGA复合物的相互作用。尤为引人注目的是，所有三种终止复合物均显示出与Prp19、Prp43、Sub2、Snu114、Brr2和Smb1等剪接因子在统计学上显著的相互作用。
由于Prp19在起始和终止复合物中均被一致地检测到，我们对其进行了深入的互作组分析。结果显示，Prp19在染色质环境下与TFIID亚基、CPF复合物亚基以及RSC染色质重塑复合物的几乎所有亚基都发生了显著的相互作用。鉴于酵母中仅有不到4%的基因含有内含子，这些发现促使我们假设Prp19可能在RNAPII转录周期中扮演着更广泛的、不依赖于剪接的角色。
Prp19在RNAPII转录中的新角色
为了验证这一假设，我们利用生长素诱导降解（AID）系统在酵母细胞中条件性地敲低了Prp19。实验证实，Prp19的缺失导致细胞生长严重受损。随后，通过转录运行分析（TRO）检测了特定基因的新生转录本水平。结果显示，无论是含内含子的基因（如ASC1, APE2）还是无内含子的基因（如BUD3, SUR1），其转录水平在Prp19缺失后均出现了25%至50%不等的显著下降。这些下降并非由于RNAPII或通用转录因子数量的减少，暗示Prp19对这些基因的转录有更直接的影响。
全基因组范围内Prp19不依赖于内含子的转录调控证据
为了在全基因组层面评估Prp19的作用，我们进行了全局运行测序（GRO-Seq）。分析发现，在Prp19缺失后，共有约410个基因的表达发生了至少两倍的变化（193个上调，217个下调）。更为重要的是，在217个下调的基因中，有53个是含内含子基因，164个是无内含子基因。含内含子基因在下调集中显著富集，表明Prp19优先调控这类基因，但同时也有大量无内含子基因依赖Prp19以实现最佳表达。这提示Prp19介导的调控可能同时包含剪接依赖性和剪接非依赖性两种机制。热图和元基因分析进一步确认，这两类基因在Prp19缺失后，其编码区的转录活性均出现了一致性下降。
对Prp19依赖性基因的 ontology 分析显示，其功能主要集中在翻译、核糖体亚基生物合成和核糖体组装等方面。相反，在Prp19缺失后转录增强的基因则与细胞壁和膜生物学过程相关。这表明Prp19在维持细胞生长所需的关键基因转录方面扮演着核心角色，同时也对某些基因的转录具有抑制作用。
Prp19影响RNAPII转录周期的多个步骤
鉴于蛋白质组学分析揭示了Prp19与TFIID和RSC复合物的相互作用，我们首先探究了它是否参与前起始复合物（PIC）的组装。染色质免疫沉淀（ChIP）实验显示，在Prp19缺失的情况下，TATA结合蛋白（TBP）和通用转录因子TFIIB在目标基因启动子区域的占有率显著下降了40%至80%。这表明Prp19对于含内含子和无内含子基因的PIC组装至关重要。
由于Prp19还与CPF终止复合物存在强相互作用，我们接着检测了它在转录终止步骤中的作用。TRO分析发现，在Prp19缺失的细胞中，所有测试的八个基因（无论是否含内含子）在多聚腺苷酸（poly(A)）位点下游区域都检测到了显著增强的聚合酶信号，这是转录终止缺陷的典型特征，表明Prp19缺失导致了通读。
为了区分Prp19是直接还是间接参与转录，我们对其在基因上的定位进行了ChIP分析。结果显示，Prp19能够交联到所有测试基因（三个含内含子，三个不含内含子）的启动子区、编码区和终止子区，且在启动子区域有轻微的富集峰，而在基因间区则没有信号。这证实了Prp19直接结合在这些基因的转录活性区域。
讨论
综上所述，本研究通过多条证据线揭示了剪接因子Prp19在RNAPII转录中的新功能。首先，Prp19在染色质环境下特异性与TFIID、CPF和RSC等转录相关复合物互作。其次，敲低Prp19会损害含内含子和无内含子基因的转录。第三，Prp19缺失影响了TBP和TFIIB在启动子上的招募。第四，Prp19缺失导致了明确的转录终止缺陷。第五，ChIP实验直接证实Prp19结合在基因的启动子、编码区和终止子区域。
这些发现挑战了剪接因子仅作为RNA加工介导者的传统观点。Prp19同时影响含内含子和无内含子基因的转录，表明它兼具剪接依赖和剪接非依赖的双重功能。鉴于Prp19在转录、剪接、mRNA出核等多个基因表达步骤中均有参与，我们提出Prp19可能作为一个关键的整合枢纽或支架蛋白，将转录与共转录剪接以及转录后过程（如mRNA输出）连接起来。这项研究深化了我们对真核生物基因表达调控网络复杂性和整合性的理解，揭示了核心调控因子的多功能性（即“兼职”功能）。
