RNA聚合酶在大腸桿菌細胞內的空間組織及其與轉錄的關系

　　2019年9月16日，PNAS雜志在線發表了約翰霍普金斯大學醫學院肖杰博士團隊的研究成果，題為“Spatial organization of RNApolymerase and its relationship with transcription in Escherichia coli”。該工作揭示了RNA聚合酶（RNAP）簇的特征及其在細胞內空間分配模式不僅依賴于rRNA合成，并且更可能決定于類核的結構組織。

　　作者主要通過使用定量超分辨率單分子熒光成像來研究大腸桿菌細胞內RNAP的空間組織和轉錄活性，從而更進一步地檢測了RNAP轉錄工廠的假設。作者使用了可光活化的熒光蛋白融合在活細胞內定位RNAP，使用單分子熒光本為雜交來定位細胞內的新生rRNA，并使用三維結構光超分辨成像SIM探測了細胞內染色體DNA的結構組織。作者觀察到RNAP簇大概率位于細胞的中長軸，并在高營養媒介生長條件下和新生rRNA形成的簇高度重合，顯示RNAP簇參與活性rRNA的合成。此外，RNAP在細胞內的空間分布模式在所有測試條件下緊密跟隨類核的形態，而與相應測試條件下的rRNA轉錄活性無關。在促旋酶被抑制的條件下，DNA超螺旋更改而造成總體類核的空間組織發生變化，作者相應觀察到RNAP簇與新生rRNA簇在細胞內區域明顯擴展并占據更多細胞質空間。

　　綜上所述，該研究表明RNAP簇在大腸桿菌細胞快速生長條件下形成轉錄工廠，并作用于新生的rRNA合成位點以幫助高效轉錄。然而，RNAP簇及其在細胞內的空間分布不依賴于rRNA合成，并且更可能跟隨類核在細胞內的結構組織。這種RNAP簇在活細胞體內的空間組合有可能提供一種新的，不依賴于經典的RNAP招募模型的轉錄調控機制：RNAP簇有可能預先在需要快速大量轉錄的基因群上形成，并且根據細胞需求隨時待命轉錄。