清華大學博士后發表Science報道人源剪接體催化步驟

　　自2015年，清華大學施一公教授研究組首次報道了裂殖酵母剪接體3.6 ?的高分辨率結構之后，這一研究組陸續解析了7個不同狀態的剪接體高分辨的三維結構，整個剪接通路，將剪接體介導RNA剪接的過程串聯了起來。但是與酵母剪接體相比，以人類為代表的高等生物的剪接體組成、組裝和調控更為復雜，其結構研究也因為組成的復雜性和構象的不穩定性而進展緩慢。

　　近期這一研究組發表了題為“Structure of a human catalytic step I spliceosome”的文章，報告了人源剪接體C復合物的冷凍電鏡結構，平均分辨率達到4.1 ?，他們也將這一結構與釀酒酵母剪接體C復合物的結構進行了比對，這將有助于揭示核糖核蛋白重構的機理。

　　這一研究成果公布在1月5日的Science雜志上，文章的通訊作者為施一公教授，以及閆創業博士，閆創業博士高中學習階段就曾摘下全國生物奧林匹克競賽全國一等獎的桂冠，2005年保送進入清華大學化學系，此后又保送至清華大學生命科學學院，攻讀生物學博士學位，師從施一公教授。在其攻讀博士學位期間，就曾以共同第一作者身份在國際頂級學術期刊Nature及Science上發表論文。最新這項成果就是他在施一公教授的指導下完成的又一重要發現。

　　在真核生物細胞內，大多數基因是不連續的，它們的編碼區（exon）被稱為“內含子（intron）”的非編碼序列隔斷。在基因表達過程中，內含子需要經過“剪”和“接”這兩步化學反應被去除，從而使得編碼區可以連接成不同的信使RNA（mRNA）。同一個基因，因為內含子的邊界和數量不同，經過剪接，便可以產生出多種編碼蛋白的mRNA。RNA剪接是所有真核生物特有的過程，是真核生物“中心法則”的關鍵步驟之一，也被認為是真核生物復雜性的重要分子基礎。RNA剪接過程必須高度精準，任何錯誤都有可能導致基因表達異常乃至疾病的發生。據統計，1/3以上的遺傳性疾病與RNA剪接異常有關。

　　RNA剪接這一復雜的生理過程由剪接體（spliceosome）來執行。剪接體是細胞中已知的最為復雜的大分子機器，分子量巨大并且高度動態，主要由蛋白質-核酸形成的復合物（ribonucleoprotein，RNP）組裝形成，它在前體信使RNA（pre-mRNA）上完成識別、組裝、激活、催化等一系列過程，并最終在反應結束后解離成許多小的功能單元，以進入下一個反應循環。根據剪接體的組成與構象的不同，可以將剪接體分為E、A、B、Bact、B*、C、C*、P、ILS等若干狀態。

　　由于超過1/3的人類遺傳病與剪接過程中的錯誤直接相關，解析人源剪接體的結構不僅能幫助理解剪接反應的化學本質，更能促進對一些疾病發病機制的理解，并為研發針對剪接體的相關藥物提供可能。因此人源剪接體的結構解析是極其重要并亟需解決的難題。去年，施一公教授研究組利用修飾過的pre-mRNA，在體外進行人源剪接體的組裝，把剪接反應鎖定在了第一步反應之后與第二步反應之前的狀態，即C*狀態。由于人源剪接體非常不穩定，研究人員使用化學交聯劑在溫和的條件下對剪接體進行固定，成功獲得了穩定的人源剪接體樣品，并采用單顆粒冷凍電鏡重構出了3.8埃的近原子分辨率結構。

　　在此基礎上，研究人員又報告了人源剪接體C復合物的冷凍電鏡結構，平均分辨率達到4.1 ?，他們也將這一結構與釀酒酵母剪接體C復合物的結構進行了比對，相較于釀酒酵母剪接體，人源C復合物含有另外11種蛋白。第一步催化反應的剪接作用因子CCDC49和CCDC94（分別對應于釀酒酵母中的Cwc25和Yju2），能與DEAH家族ATP酶/解旋酶Prp16緊密相互作用，并且在Prp16和RNA元件活性位點之間搭建橋梁。

　　這些結構特征，以及人源C復合物與C *復合物之間的結構比較，都揭示出了核糖核蛋白重構的新機理機制，同時也有助于下一步C-C *轉變的研究工作。