RNA聚合酶II（Pol II）是驱动真核生物基因转录的核心分子机器，其最大亚基RPB1的C端结构域（CTD）包含高度保守的磷酸化位点，在转录起始、延伸以及RNA加工过程中发挥关键调控作用。传统观点认为，Pol II主要以低磷酸化状态（II-A）和高磷酸化状态（II-O）两种状态存在，分别对应转录起始和延伸阶段。然而，在转录循环中，高度磷酸化的Pol II如何被精确地去磷酸化，以及该过程是否存在中间过渡状态，一直是领域内悬而未决的重要问题。此外，Pol II的磷酸化修饰与RNA剪接等加工事件紧密偶联，其去磷酸化如何协调转录与RNA加工，机制也尚不明确。

图1. 论文截图

2026年8月6日，开云官方在线登陆入口季雄团队在 Nucleic Acids Research 发表了题为 “CTDP1 governs a Pol II phosphorylation intermediate and coordinates Mediator recruitment, transcription efficiency, and splicing” 的研究论文。本研究发现磷酸酶CTDP1调控Pol II磷酸化中间态（II-I）并协调Mediator复合体的染色质招募、Pol II转录效率以及RNA剪接的新机制。此前，该团队已利用蛋白质瞬时降解系统和多组学技术，系统解析了RNA聚合酶亚基的功能异质性，发现Pol II亚基RPB7可招募CTDP1，促进Pol II去磷酸化并维持RPB1蛋白稳定性，从而促进转录终止后的重新起始过程。

（一）发现CTDP1靶向Pol II磷酸化中间体II-I，揭示转录调控新角度

传统观点认为，Pol II主要存在两种磷酸化状态：低磷酸化的II-A和高磷酸化的II-O。季雄团队通过细胞组分分离结合蛋白免疫印迹实验，意外检测到一个电泳迁移率介于II-A和II-O之间的中间条带，并将其命名为中间体“II-I”。磷酸化位点解析显示，II-I富含Tyr1、Ser5和Ser7的磷酸化，而Ser2和Thr4磷酸化水平较低，并且该状态主要定位于细胞可溶组分而非染色质。进一步实验表明，CTDP1的磷酸酶活性可快速调节II-I丰度：表达酶活缺失突变体（D188/190E）时II-I水平显著上升，而该突变体被降解后II-I水平迅速回落。由此表明，II-I是一个受CTDP1动态调控的磷酸化中间体。

（二）CTDP1调控Mediator复合物招募，奠定转录起始基础

Mediator复合物是连接转录因子与Pol II的关键桥梁，参与转录前起始复合物的组装。该团队通过Pol II染色质免疫沉淀结合质谱分析（ChIP-MS）发现，CTDP1失活后，Mediator复合物与Pol II的相互作用及其在染色质上的结合水平显著减少。这表明CTDP1的去磷酸化活性对于Mediator的招募至关重要，为CTDP1参与转录起始调控提供了直接的分子机制。

（三）数学建模结合实验验证，揭示CTDP1调控转录效率与Pol II再循环

为了深入探究CTDP1对转录动态的影响，研究人员结合DRB释放实验和pSer2 ChIP-seq技术，发现CTDP1缺失后Pol II的延伸速率反而增加。基于该实验数据，研究团队建立了描述Pol II转录循环的数学模型，预测CTDP1缺失会导致能够再循环进入新一轮转录的功能性Pol II逐渐减少。这一预测得到体外转录再循环实验的验证——CTDP1突变体显著降低了Pol II的再循环活性。

（四）CTDP1调控剪接因子磷酸化，介导全局RNA剪接

Pol II的CTD磷酸化状态与共转录RNA加工紧密偶联。该研究通过CTDP1互作蛋白质组和全细胞磷酸化蛋白质组学的联合分析，发现CTDP1不仅与Pol II相互作用，还与RNA剪接机器等多种RNA加工因子广泛结合。磷酸化蛋白质组学数据显示，CTDP1失活后，多个剪接因子（如RBM14、YTDC1、BCLF1）的磷酸化水平显著升高。体外去磷酸化实验进一步证实，CTDP1可直接作用于这些剪接因子进行去磷酸化。同时，时间序列RNA-seq分析表明，CTDP1失活导致全局内含子保留事件和外显子跳跃事件增加。

（五）总结与展望

图2. CTDP1失活导致Pol II磷酸化状态异常，并影响转录与RNA加工。

图3. 解释 Pol II （II-I） 磷酸化状态积累的动力学捕获模型。

生理条件下，快速的激酶和磷酸酶活性驱动 II-A、II-I 和 II-O 状态之间的动态循环，使 II-I 形式维持在一个较低且短暂的稳态水平。抑制 CTDP1 或 Integrator-PP2A 复合物会严重减慢去磷酸化过程。与此同时，DRB 处理阻断了正向激酶通路，使 II-I 向超磷酸化 II-O 状态的转变停止。在这一动力学瓶颈中——正向进程和反向清除均受到阻碍——II-I 中间态因此被动地捕获并逐渐积累。

北京大学季雄研究员为该论文的通讯作者。开云官方在线登陆入口博士生郑浩楠（已毕业）、季德洵、隋远涵和许杞钦（已毕业）为该论文的共同第一作者。汕头大学医学院李恩民教授为共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金委员会、科技部、北大-清华生命科学联合中心、核糖核酸北京研究中心（BEACON）、基因功能研究与操控全国重点实验室等机构的支持。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。

原文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkag772

季雄课题组研究兴趣包括RNA聚合酶和分子计算相关的基因表达调控机理。以早期胚胎干细胞和癌症细胞为模型，运用计算理论、基因组学、蛋白质组学、生物信息学、计算机模拟、CRISPR基因编辑、光学成像和生物化学等多学科技术开展基因表达调控中的生命分子计算原理研究。主要致力于：

1. RNA聚合酶相关的分子机理、疾病与探针

2. 生命分子计算模型与设计

季雄研究组长期从事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 (2023，2024，2025，2026)、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。