我國科學家揭示剪接體組裝及激活機制

日前，清華大學生命科學學院施一公研究組就剪接體的組裝機理與結構研究于《科學》期刊發(fā)表題為《完全組裝的釀酒酵母剪接體激活前結構》的論文，報道了釀酒酵母剪接體處于被激活前階段的兩個完全組裝的關鍵構象——預催化剪接體前體和預催化剪接體。

這兩個高分辨率三維結構首次展示了在剪接體組裝過程中剪接位點和分支點的識別狀態(tài)與動態(tài)變化，回答了剪接體激活前剪接位點和分支點識別機理，以及激活過程中剪接體如何逐步組裝并通過結構重組最終完成激活等重要問題。據(jù)介紹，之前研究界尚未清楚解釋剪接體是如何逐步組裝并完成激活的機制。

RNA剪接是真核生物基因表達調控的重要環(huán)節(jié)之一。1977年，美國科學家菲利普·夏普和理查德·羅伯茨分別獨立發(fā)現(xiàn)真核生物基因的不連續(xù)性，從而表明遺傳信息從DNA轉移到RNA上之后，需要經歷有效遺傳信息的“剪斷”與重新“拼接”，這種有效遺傳信息的拼接與無效遺傳信息的去除，被稱為RNA剪接，他們也因此分享了1993年的諾貝爾生理或醫(yī)學獎。

RNA剪接普遍存在于真核生物中，隨著物種的進化，含有內含子的基因數(shù)量增加，發(fā)生RNA剪接的頻率也相應增高，從而使得一個基因可以編碼多個蛋白質。RNA剪接的本質是兩步轉酯反應，這種看似簡單的化學反應在細胞中難以自行發(fā)生，而負責執(zhí)行這一化學反應的是細胞核內一個分子量巨大成分復雜且高度動態(tài)變化的分子機器——剪接體。

由于剪接體高度的動態(tài)性和化學組成的復雜性，獲得不同狀態(tài)的剪接體的高分辨率三維結構被公認為世界難題。施一公教授率領研究組，在2015年首次報道了裂殖酵母剪接體3.6埃（1埃為十億分之一米）的高分辨率結構，首次展示了剪接體催化中心近原子分辨率的結構。

據(jù)介紹，本文報道的處于激活前的兩個完全組裝的剪接體結構，從復合物的提純、樣品的制備到結構的解析，每一步都很有挑戰(zhàn)。預催化剪接體前體目前被認為是組成蛋白最多、分子量最大的剪接體，該狀態(tài)結構復雜，但各組分之間的相互作用并不緊密，使得該復合物在提純過程中容易解聚。在最新發(fā)表的這篇文章中，研究組對提純方案多次探索，最終優(yōu)化出一套純化方案，可以獲得穩(wěn)定的、性質良好的預催化剪接體前體樣品。

該文解析的預催化剪接體前體結構是目前世界上已解析的唯一一個同時包含5種核糖核蛋白剪接體結構，它由68個蛋白和6條RNA組成。在該結構中，首次觀察到了剪接體組裝早期U1核糖核蛋白對5\'剪接位點的識別，以及5種核糖核蛋白之間的相互作用界面。除此之外，分支點的動態(tài)變化、剪接體的各組分所經歷的結構重組與構象改變也都清晰的呈現(xiàn)出來。

這兩個關鍵狀態(tài)剪接體結構的解析，為揭示剪接體組裝初期如何識別5\'剪接位點和分支點、如何進行結構重組以及如何完成剪接體的激活等問題的機理提供了最直接、有效的結構證據(jù)，也將為更高等真核生物可變剪接的研究提供結構基礎與理論依據(jù)。

自2015年至今，施一公研究組在酵母中一共解析了9個不同狀態(tài)的剪接體高分辨的三維結構，從組裝到被激活，從發(fā)生兩步轉酯反應到剪接體的解聚，這9個狀態(tài)的剪接體基本完整覆蓋了剪接通路，首次將剪接體介導RNA剪接的過程串聯(lián)起來，為理解RNA剪接的分子機理提供了迄今為止最清晰、最全面的結構信息。

《 人民日報 》（ 2018年06月04日 12 版）