施一公連發兩篇Cell文章：一步步完成剪接體的拼圖

　　清華大學施一公教授研究組一直致力于捕捉RNA剪接過程中處于不同動態變化的剪接體結構，從而從分子層面闡釋RNA剪接的工作機理。

　　在11月16日公布的Cell雜志上，這一研究組再次發表研究論文：Structure of the Post-catalytic Spliceosome from Saccharomyces cerevisiae，公布了一個來自釀酒酵母的P復合物（分辨率為3.6?）的冷凍電鏡結構。兩個月前，施一公教授研究組也在Cell雜志上發文，報道了RNA剪接循環中剪接體最后一個狀態的高分辨率三維結構，這也是這一研究組今年在Cell雜志上發表的第三篇文章，他們在一步步完成剪接體的拼圖。

　　2015年，施一公研究組率先突破，在世界上首次報道了裂殖酵母剪接體3.6埃的高分辨率結構，首次展示了剪接體催化中心近原子分辨率的結構。自2015年第一個剪接體結構發表以后，施一公研究組相繼解析了5個不同狀態剪接體復合物的高分辨率結構，分別是釀酒酵母3.8?的預組裝復合物U4/U6.U5 Tri-snRNP、3.5?的激活狀態復合物Bact complex、3.4?的第一步催化反應后復合物C complex、4.0埃的第二步催化激活狀態下的C* complex，以及前文3.5?的內含子套索剪接體ILS complex的結構。

　　這個5個不同狀態的剪接體基本覆蓋了整個剪接通路中從預組裝到激活、從發生兩步轉酯反應到剪接體的解聚的關鍵催化步驟，呈現了迄今為止最為清晰的剪接體不同工作狀態下的結構信息，將RNA剪接領域的發展推向了新的高度。施一公教授因此于不久前也獲得未來科學大獎生命醫學獎。

　　相比于原核生物，真核生物的基因表達更為復雜也更為精細。由于真核細胞內的基因是不連續的，需要在細胞核內被轉錄成前體信使RNA (pre-mRNA)后，通過RNA剪接，不具有翻譯功能的內含子(intron)被去除，密碼子所在的外顯子(exon)被連接，從而得到成熟的、可被翻譯成蛋白質的mRNA。RNA剪接是真核生物基因表達調控的重要環節之一，是“中心法則”的關鍵步驟之一。而負責執行這一過程的是細胞核內一個巨大的且高度動態變化的分子機器——剪接體（spliceosome）。剪接體在真核生物進化中極為保守，對于真核生物維持正常的生命活動至關重要。一個基因轉錄出的pre-mRNA可以通過RNA剪接形成若干種mRNA，于是極大地豐富了真核生物蛋白質組的多樣性。在剪接反應過程中，多種蛋白質-核酸復合物及剪接因子按照高度精確的順序發生結合和解聚，依次形成預組裝復合物U4/U6.U5 tri-snRNP以及至少7個狀態的組裝剪接體B、Bact、B*、C、C*、P以及ILS復合物。

　　通過之前的努力，已經解析了釀酒酵母或人源的預組裝復合物U4/U6.U5 tri-snRNP、催化前復合物B complex、激活狀態復合物Bact complex、第一步催化反應復合物C complex、第二步催化激活狀態下的C* complex和內含子套索剪接體ILS complex。除了B complex，其它四個狀態下的主要的結構特色都與裂殖酵母ILS complex的一致。這樣，就只剩下催化激活的復合物B* complex和催化后復合物P complex在結構上未被表征。

　　在之前研究的基礎上，研究人員對36個剪接體蛋白，3個snRNA(U2、U5和U6)，1個連接的外顯子和1個內含子套索進行了原子建模。最終的結構模型包括了9328個氨基酸酸殘基和381個RNA核苷酸，聯合起來的分子質量達到了~1.2 MD。如之前預測的一樣，P complex的總的組織形式和詳細的結構特色與C* complex的非常類似。

　　在P complex中，步驟II剪接因子Prp17, Prp18和Slu7仍結合在活性位點附近。剪接因子Cwc21和Cwc22一起穩定了外顯子。ATP酶/解螺旋酶Prp22位于高度不對稱的P complex的一個角落，主要與Prp8的Lingker結構域相互作用。連接的外顯子錨定在U5 snRNA的loop上，保守的3’-拼接位點(3 ‘SS)的AG二核苷酸則坐落于活性位點。

　　盡管P complex的結構高度類似于C* complex，該結構仍然在剪接體的活性位點處揭示了意想不到的發現，該發現對我們機制的理解pre-mRNA的拼接具有十分重要的啟示作用。同時結構的闡釋使得我們理解了剪切體C*到P 和 the P到ILS 的轉變機制，因而是完成pre-mRNA剪接循環的必須一步。