由于剪接体高度的动态性和化学组成的复杂性,获得不同状态的剪接体的高分辨率三维结构被公认为世界难题。施一公教授率领研究组,在2015年首次报道了裂殖酵母剪接体3.6埃(1埃为十亿分之一米)的高分辨率结构,首次展示了剪接体催化中心近原子分辨率的结构。

  RNA剪接是真核生物基因表达调控的重要环节之一。1977年,美国科学家菲利普·夏普和理查德·罗伯茨分别独立发现真核生物基因的不连续性,从而表明遗传信息从DNA转移到RNA上之后,需要经历有效遗传信息的“剪断”与重新“拼接”,这种有效遗传信息的拼接与无效遗传信息的去除,佛山商铺出售,被称为RNA剪接,他们也因此分享了1993年的诺贝尔生理或医学奖。

  这两个关键状态剪接体结构的解析,为揭示剪接体组装初期如何识别5'剪接位点和分支点、如何进行结构重组以及如何完成剪接体的激活等问题的机理提供了最直接、有效的结构证据,也将为更高等真核生物可变剪接的研究提供结构基础与理论依据。


  日前,清华大学生命科学学院施一公研究组就剪接体的组装机理与结构研究于《科学》期刊发表题为《完全组装的酿酒酵母剪接体激活前结构》的论文,报道了酿酒酵母剪接体处于被激活前阶段的两个完全组装的关键构象——预催化剪接体前体和预催化剪接体。

  该文解析的预催化剪接体前体结构是目前世界上已解析的唯一一个同时包含5种核糖核蛋白剪接体结构,它由68个蛋白和6条RNA组成。在该结构中,首次观察到了剪接体组装早期U1核糖核蛋白对5'剪接位点的识别,以及5种核糖核蛋白之间的相互作用界面。除此之外,分支点的动态变化、剪接体的各组分所经历的结构重组与构象改变也都清晰的呈现出来。

  RNA剪接普遍存在于真核生物中,随着物种的进化,含有内含子的基因数量增加,发生RNA剪接的频率也相应增高,从而使得一个基因可以编码多个蛋白质。RNA剪接的本质是两步转酯反应,这种看似简单的化学反应在细胞中难以自行发生,而负责执行这一化学反应的是细胞核内一个分子量巨大成分复杂且高度动态变化的分子机器——剪接体。

  自2015年至今,施一公研究组在酵母中一共解析了9个不同状态的剪接体高分辨的三维结构,从组装到被激活,从发生两步转酯反应到剪接体的解聚,这9个状态的剪接体基本完整覆盖了剪接通路,首次将剪接体介导RNA剪接的过程串联起来,为理解RNA剪接的分子机理提供了迄今为止最清晰、最全面的结构信息。

  据介绍,本文报道的处于激活前的两个完全组装的剪接体结构,从复合物的提纯、样品的制备到结构的解析,每一步都很有挑战。预催化剪接体前体目前被认为是组成蛋白最多、分子量最大的剪接体,该状态结构复杂,但各组分之间的相互作用并不紧密,使得该复合物在提纯过程中容易解聚。在最新发表的这篇文章中,研究组对提纯方案多次探索,最终优化出一套纯化方案,可以获得稳定的、性质良好的预催化剪接体前体样品。

  这两个高分辨率三维结构首次展示了在剪接体组装过程中剪接位点和分支点的识别状态与动态变化,回答了剪接体激活前剪接位点和分支点识别机理,以及激活过程中剪接体如何逐步组装并通过结构重组最终完成激活等重要问题。据介绍,之前研究界尚未清楚解释剪接体是如何逐步组装并完成激活的机制。