编辑总结
RNA聚合酶II（Pol II）的功能由其内在无序的C末端结构域（CTD）中特定残基的磷酸化调控。传统上，只有少数几种密切相关的激酶被证实能够靶向CTD中的七肽重复序列中的两个位点。Dabas等人现在报告称，超过100种来自不同家族的细胞信号传导激酶能够选择性磷酸化CTD中之前未被描述的“孤儿”残基（参见Young的综述）。这一扩展的CTD激酶组图谱为研究信号传导激酶如何在不同的生理和病理背景下直接调控聚合酶功能提供了基础。——Di Jiang
结构摘要
引言
基因转录的不同阶段在RNA聚合酶II（Pol II）结构可塑的C末端结构域（CTD）上具有独特的磷酸化模式。这些阶段特异性的磷酸化模式作为分子识别代码，被不同的效应蛋白识别，从而实现有效的转录、共转录RNA加工以及对染色质化基因组的访问。少数几种周期蛋白依赖性激酶（CDKs）构成了“典型”的CTD激酶，它们会在所有Pol II转录基因的YS2PTS5PS七肽重复序列中的第二个或第五个丝氨酸残基上进行磷酸化。在转录起始过程中，CDK7对Ser5的磷酸化会激活加帽酶；而CDK9和CDK12对Ser2的磷酸化则有助于新生RNA的有效延伸和共转录加工。这些CTD激酶的功能障碍与多种人类疾病的发病机制有关。
研究背景
尽管phospho-Ser2和phospho-Ser5的功能以及负责这些磷酸化的激酶已被广泛研究，但三个所谓的“孤儿”残基（Tyr1、Thr4和Ser7）的功能以及修饰这些位点的激酶的身份仍不明确。通过无偏倚的质量谱分析发现，这些孤儿位点也会被磷酸化，并且非CDK激酶（如HRR25、PLK3和ABL1）也会修饰这些残基。值得注意的是，与Ser2或Ser5不同，它们的磷酸化具有广泛的影响，而孤儿残基的突变或对其起作用的激酶的抑制只会干扰有限基因的表达。通过对这些基因的通路分析发现，在人类CTD大约360个残基中密集分布的约250个磷酸化受体残基中，近150个孤儿位点可能被其他激酶用来选择性调控具有功能关联的基因群。为了填补这一知识空白并识别先前未知的CTD活性激酶，我们结合使用了三种正交的激酶组测试平台和机器学习算法来预测激酶-底物配对。
结果
在调查的427个人类激酶中（约占激酶组的80%），通过高通量筛选鉴定出117种激酶，并通过免疫印迹实验验证了每种激酶所磷酸化的具体残基。大多数CTD活性激酶表现出显著的位置特异性，而非随机磷酸化。孤儿残基成为信号转导激酶的首选底物，其中许多激酶已知能够结合并磷酸化转录因子（TFs）、染色质和其他核蛋白。出乎意料的是，受体酪氨酸激酶（RTKs）被证明是特别活跃的CTD激酶。尽管它们在质膜上的信号传导作用已有充分记录，但许多RTKs（如表皮生长因子受体EGFR）在生理和病理条件下会进入细胞核。我们对EGFR的成像、基因组学、生化和功能研究揭示了其在过度磷酸化Pol II和选择性调控早期信号响应基因表达方面的新作用。
结论
我们的研究提供了CTD活性激酶组的全面图谱。这些多样的CTD激酶在信号转导中发挥着重要作用。我们认为，信号激活的CTD激酶在转录因子的引导下，会在信号响应基因上磷酸化并调控Pol II。CTD中孤儿残基的磷酸化能够在不干扰整个基因组转录的情况下选择性地调控Pol II的功能。信号传导激酶利用其磷酸化CTD的能力来提供额外层次的对信号响应基因的调控机制，这一机制仍有待进一步探索。
摘要
在基因转录的不同阶段，RNA聚合酶II（Pol II）的羧基末端结构域（CTD）上会形成不同的磷酸化标记。这些CTD磷酸化标记作为分子识别代码，用于招募特定阶段的效应蛋白。通过对大约80%的人类激酶组进行筛查，我们鉴定出117种具有高度位置选择性的CTD磷酸化激酶。将这些不同激酶联系在一起的共同特征是它们能够在信号响应基因上选择性调控Pol II。表皮生长因子受体（EGFR）这种细胞表面受体酪氨酸激酶就是一个例子，它直接在基因层面调控Pol II。更广泛地说，我们的CTD激酶组图谱表明Pol II是信号转导激酶的直接调控目标，这些激酶控制着细胞生理活动并参与多种疾病的发病机制。
