RNA 聚合酶的結構-功能研究涵蓋 PIC 組裝、轉錄延伸動態和基因表達調控的結構基礎。
PIC 的 Cryo-EM 結構
完整的人類 PIC（Pol II + Mediator + TFIID + GTFs）的 Cryo-EM 結構（He et al., 2016, Science; Schilbach et al., 2017, Nature）揭示了：(1) TBP 結合 TATA box 使 DNA 彎曲 ~90°→為 Pol II 的 cleft 定位；(2) TFIIH 的 XPB 和 XPD helicase 在 downstream DNA 上的位置；(3) Mediator 的 head module 直接接觸 Pol II 的 CTD，middle module 橋接到 TFIIH。完整 PIC 的大小 >1.5 MDa，Cryo-EM 的解析度在核心區域達 3.5-4.0 Å。
Transcription Elongation Complex 的結構動態
Pol II 延伸複合體（EC）以 ~20-50 nt/s 沿 DNA 移動。Trigger loop 的構象循環（open→closed→open）是催化的速率限制步驟。Kornberg 和 Cramer 實驗室的一系列結構以 nucleotide analogs（如 AMPCPP）凍結不同中間態：NTP loading → pre-insertion → insertion → translocation。Backtracking（反向滑行）發生在 Pol II 遇到 DNA 損傷或暫停信號（pause signal）時→RNA 3' 端推入 secondary channel →TFIIS 的鋅帶域（zinc ribbon）插入 active site，激活 Pol II 的內在核酸酶活性，切除退回的 RNA→rescue 延伸。
Mediator Complex 的結構
Mediator（~30 亞基，~1.5 MDa in yeast, ~1.8 MDa in human）是轉錄因子和 Pol II 之間的橋梁。Cryo-EM（Nozawa et al., 2017; Robinson et al., 2016）揭示了 Mediator 的模組化結構：head, middle, tail, kinase module。Head 和 middle 模組直接接觸 Pol II，tail 模組與 DNA-bound 轉錄因子交互。Kinase module（含 Cdk8/Cyclin C）在 free Mediator 上但在 PIC 中被排斥——反映了 activating vs repressive Mediator 的構象開關。
RNA Pol I 和 Pol III 的結構
Pol I（14 亞基，專門轉錄 rDNA）和 Pol III（17 亞基，轉錄 tRNA 和 5S rRNA）的 Cryo-EM 結構也已解出。Pol I 有內建的 TFIIF-like 和 TFIIE-like 亞基（A49/A34.5），使其不需要這些通用轉錄因子。三種 RNA 聚合酶共享核心的 10-subunit 結構，但各自有特異的周邊亞基和調控機制。
文獻參考：Cramer, P. et al. (2001). Science, 292, 1863-1876. / Kornberg, R.D. (2007). PNAS, 104, 12955-12961. / He, Y. et al. (2016). Science, 353, aaf5260.