施一公组首次报道人源剪切体原子分辨率结构
2017年5月12日，清华大学生命研究所石课题组和结构生物学高级创新中心在细胞内在线发表了《人类接合体的原子结构》。这是第一个高分辨率的人类剪接体结构，也是第一次在近原子分辨率的尺度上观察到酵母以外的高等生物的剪接体结构。它进一步揭示了剪接体的组装和工作机制，为理解高等生物的RNA剪接过程提供了重要依据。
在真核细胞中，大多数基因是不连续的，它们的外显子被称为“内含子”的非编码序列部分。在基因表达过程中，内含子需要通过“剪式”和“连接子”两种化学反应来去除，这样编码区就可以连接成不同的信使核糖核酸(信使核糖核酸)。由于内含子的边界和数量不同，同一基因在剪接后会产生多种编码蛋白质的基因。RNA剪接是所有真核生物的独特过程，是真核生物“中心法则”的关键步骤之一，也是真核生物复杂性的重要分子基础。RNA剪接过程必须高度准确，任何错误都可能导致基因表达异常甚至疾病。据统计，超过1/3的遗传病与核糖核酸剪接异常有关。
核糖核酸剪接是由剪接体完成的一个复杂的生理过程。剪接体是细胞中已知的最复杂的大分子机器。它的分子量巨大且高度动态。它主要由蛋白质-核酸复合物(RNP)组装而成。它完成了对前体信使核糖核酸(前信使核糖核酸)的识别、组装、活化、催化等一系列过程，并在反应完成后最终解离成许多小的功能单元，进入下一个反应周期。根据剪接体的组成和构象，剪接体可分为e、a、B、Bact、B*、C、C*、p、ILS等几种状态。(图1)。
图1。拼接反应过程示意图
(图片由Janine修改，2012)
分析剪接体的高分辨率结构对于理解剪接反应的机理非常重要。2015年8月，石研究小组率先在世界范围内分析了酵母拼接体的高分辨率结构。2016年，先后报道了不同工作条件下酵母剪接体的高分辨率结构，提供了迄今为止最全面、最清晰的剪接体结构信息，揭示了RNA剪接的分子基础，极大地推动了该领域的发展。
然而，与酵母接合体相比，以人类为代表的高等生物的接合体的组成、组装和调节更加复杂，并且由于组成的复杂性和构象的不稳定性，其结构研究也进展缓慢。由于超过1/3的人类遗传病与剪接过程中的错误直接相关，因此分析人类剪接体的结构不仅有助于理解剪接反应的化学性质，还能促进对某些疾病发病机制的理解，并为剪接体相关药物的研发提供可能。因此，人体拼接体的结构分析是一个极其重要和迫切需要解决的问题。
在最近发表的“细胞”研究文章中，石研究小组利用修饰的前体mRNA在体外组装人剪接体，将剪接反应锁定在第一反应后和第二反应前的状态，即C*状态。由于人体剪接体非常不稳定，研究人员使用化学交联剂在温和条件下固定剪接体，成功获得稳定的人体剪接体样品，并使用单粒子冷冻电子显微镜重建了3.8埃的近原子分辨率结构(图2和3)。
图2。人体拼接体结构图
图3。人接合器和酵母接合器的比较
在这种结构中，剪接体核心区的分辨率高达3.0-3.5埃，清楚地显示了由20多种蛋白质和RNA组成的催化反应中心的结构(图4)。同时，他们观察到与第二步反应密切相关的剪接因子的特定构象，这对稳定反应中心和催化第二步酯交换反应至关重要。该结构的分析为揭示第二步反应中剪接体的构象变化和3个剪接位点的鉴定提供了重要的结构基础。
图4人剪接体的催化中心和调控机制
施一公教授是这篇文章的通讯员。PTN项目15级博士生张晓风、结构生物学高级创新中心优秀学者严创业和医学院博士生杭晶是本文的合著者。颜传叶也是本文的合著者。生命学院的博士后洛伦佐·芬奇参与了这项研究。清华大学冷冻电子显微镜平台主任、研究员雷建林协助收集数据。平台工作人员和李在数据收集过程中提供了协助。本课题得到了清华大学冷冻电子显微镜平台、高性能计算平台和国家蛋白质设施实验技术中心(北京)的大力支持。这项工作主要由北京结构生物学高级创新中心资助，国家自然科学基金和科技部资助。
本文链接:
http://www . cell . com/cell/full text/S0098674(17)30487-7
酵母接合体论文链接:
http://science . science mag . org/content/early/2016/12/14/science . aak 9979 . full
http://science . science mag . org/content/early/2016/01/06/science . aad 6466
http://science . science mag . org/content/early/2015/08/19/science . AAC 8159
http://science . science mag . org/content/early/2015/08/19/science . AAC 7629
http://science . science mag . org/content/early/2016/07/20/science . AAG 0291
http://science . science mag . org/content/early/2016/07/20/science . AAG 2235
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