生命科学学院季雄团队提出FeaSion策略揭示RNA聚合酶磷酸化的特征调控与功能
RNA聚合酶II的经典研究主要集中于其C末端结构域（CTD）。CTD上高频率的磷酸化修饰（如Y1, S2, T4, S5, S7）被认为调控了转录全过程及共转录事件，但其因果机制大多不明。由此产生的“RNA聚合酶密码”假说——即不同磷酸化位点通过招募特异因子行使独特功能——虽极具吸引力，却缺乏实质性证据。另一方面，尽管CTD相关的激酶与磷酸酶（如CDK7, CDK9, PP2A, PP1）在发育与疾病中的作用已被确认，但当前研究主要局限于少数经典因子，对整个调控网络的认知仍存在显著空白。
2025年11月28日，北京大学生命科学学院、北大-清华生命科学联合中心季雄课题组在Science Advances期刊在线发表题为“FeaSion decodes the regulatory landscape and functional diversity of RNA polymerase II CTD phosphorylation”的研究论文。该研究提出“FeaSion”策略（Feature-Screening-Function），系统解析了RNA聚合酶II CTD磷酸化的特征、调控因子及功能。课题组通过位点特异性突变体瞬时置换技术，证实不同磷酸化位点调控特定转录过程、组蛋白修饰以及发育/信号通路相关基因。基于全基因组CRISPR筛选与流式分选，鉴定出115个潜在调控RNAPII磷酸化的激酶/磷酸酶（多数与癌症相关）；对筛选中112个因子进行验证，阳性率高达94%，表明筛选结果具有高置信度。最后证实，激酶CLK1/4与YES1除已知经典功能外，能够直接通过调控RNAPII磷酸化，控制特定发育、代谢与信号转导相关基因的表达。
论文截图
研究人员首先利用高质量的CTD磷酸化抗体，通过ChIP-seq对5种磷酸化的RNAPII在基因组中的分布进行了绘制。结果显示不同磷酸化位点在基因上的定位模式存在明显差异，各个磷酸化位点偏好结合的基因在长度、外显子数、转录因子结合等基因组特征上具有特异性。同时，结合ChIP-MS质谱分析，不同CTD磷酸化的RNAPII在染色质上的互作蛋白具有模块化的特点，且不同磷酸化形式关联于独特的生物学过程，说明CTD磷酸化的RNAPII不仅与转录相关，还参与了染色质上的各项调控。
紧接着，研究人员创新性地构建了一个基于染色质流式技术的CRISPR-FACS功能筛选平台，使用不同CTD磷酸化的特异性抗体，将全基因组的CRISPR敲除文库细胞进行通透、固定之后标记上荧光，并通过荧光信号的强弱区分出可能导致磷酸化水平上调或下调的基因。此后通过FACS分选与基因组二代测序，研究人员筛选出了影响各位点磷酸化水平的调控因子，并提示了RNAPII CTD磷酸化与肿瘤等疾病状态的密切联系，大大扩充了已知的RNAPII CTD磷酸化的调控图谱。同时这一策略也为后续开展其他蛋白质的其他翻译后修饰的调控因子筛选提供了可借鉴的研究策略。
为了研究各个CTD磷酸化位点的功能，研究者们首先通过慢病毒过表达以及CRISPR基因敲除，将细胞内的RNAPII全部替换为带有dTAG降解标签的RNAPII，从而实现对RNAPII蛋白的快速降解。此后研究者们又分别在这一细胞系内构建了由Tet-on启动子驱动的5个不同CTD磷酸化位点的突变体细胞系（Y1F、S2A、T4V、S5A和S7A，同时使用野生型RNAPII作为阴性对照）。在这些突变体细胞系中加入Dox和dTAG小分子就可以实现RNAPII的位点特异性瞬时替换。利用这一瞬时替换系统，研究者们通过转录组、表观组以及蛋白组学方法，揭示了各个CTD磷酸化与转录调控、基因表达以及染色质修饰之间的联系。该系统同样具有广泛适配性，为未来解析蛋白翻译后修饰的功能提供了有力的方法工具。
综合FeaSion策略，研究者们最终锁定到了3个具有位点特异性调控作用的激酶：CLK1、CLK4和YES1，并通过生化实验证实了其对RNAPII CTD的直接磷酸化功能。后续的细胞实验也证明，这些激酶可以直接结合在染色质上并调控基因特异性的RNAPII磷酸化。
RNAPII CTD磷酸化位点研究的FeaSion策略
总而言之，本研究首次从全局的视角解析了RNAPII各磷酸化位点的调控网络和功能特性，为转录调控机制研究提供了新的理解。同时FeaSion平台作为一种普适的研究框架，可推广应用于其他蛋白翻译后修饰的功能图谱绘制，在转录调控和疾病研究领域具有广阔的应用前景。
季雄为该论文的通讯作者。生命科学学院博士生朱峻毅和包丽君为该论文的共同第一作者。北京大学生命科学学院博士生徐圣淳、北京大学凤凰工程中心的多个仪器平台对该研究提供了重要帮助。
季雄课题组长期从事RNA聚合酶非经典调控功能研究。主要集中在RNA聚合酶自身的分子机理、疾病与治疗等方向，近年成果发表在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）等杂志上，为选择性基因表达调控提供新的假说。欢迎感兴趣的博士后和研究生联系并申请加入。
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