施一公团队《细胞》解析酵母ILS状态剪接体

北京时间9月15日凌晨，Cell在线发表了一篇题为“酿酒酵母内含子套索剪接的结构”的论文，该论文由施一公教授的研究小组完成，分析了内含子套索剪接ILS复合物，平均分辨率为3.5A。施一公教授是本文的通讯作者。签署方是西湖大学和浙江西湖高等研究院。清华大学生命科学研究所万博士、高等研究中心严创业博士和博士是本文的合著者。

内含子的去除主要通过两步酯交换反应来实现，该反应由接合子催化(见下图)。对于每个内含子，为了调节反应的不同组在适当的时间呈现适当的构象以便发挥它们的活性，接合子的组分以高度精确的顺序结合和解离，以组装一系列具有不同构象的分子机器，统称为接合子。根据它们在核糖核酸剪接过程中的生化特性，这些剪接体可分为几种状态，如大肠杆菌、大肠杆菌、大肠杆菌、大肠杆菌、大肠杆菌、大肠杆菌、大肠杆菌、大肠杆菌、大肠杆菌、大肠杆菌等。(下图B)。

此图引自石(2017)。剪接体:一种蛋白质导向的金属核酶。分子生物学杂志，429 (17)，2640-2653。

在这种结构中，首次观察到参与接合体解聚的四个关键卵和在接合体解聚中起重要作用的剪接因子。结构分析补充了剪接体在剪接后期解聚的关键信息，描述了剪接体完成酯交换反应后解聚前催化反应活性中心的变化，并从结构生物学的角度提出了剪接体解聚的两种可能的分子模型。对这种结构的分析为多年来关于该领域中接合子解聚机理的推测提供了重要的基础。

剪接体由五个小核核糖核蛋白(snRNP)、十九个复合物(NTC)、十九个复合物相关蛋白(NTC相关)和一系列辅助蛋白组成，包括100多个蛋白和至少五个核糖核酸分子。在剪接过程中，剪接前体信使核糖核酸分子按照高度精确的序列一步一步地集中组装，进行大规模的结构重组，使剪接前体信使核糖核酸分子能够完成复杂的剪接任务。剪接是真核细胞进行正常生命活动不可缺少的核心环节。因此，它具有重要的生物学意义。在组装、活化和催化反应过程中获得处于不同状态的剪接体结构是最基本和最具挑战性的结构生物学问题之一(《自然》杂志在2014年初发表了一篇综述文章，回顾了100年的晶体学，并将剪接体和核孔复合物的结构视为未来最想分析的蛋白质复合物)。

自2015年8月以来，施一公教授的研究团队已经报道了剪接反应中5个关键态剪接复合物的高分辨率结构，即3.8埃预组装复合物三snRNP、3.5埃活化态复合物Bact复合物、3.4埃第一次后催化反应复合物C复合物、4.0埃第二次后催化活化态C*复合物和3.6埃内含子套索剪接ILS复合物。这五种高分辨率结构所代表的剪接体状态基本涵盖了整个剪接途径中的关键催化步骤，提供了迄今为止不同工作状态下剪接体最清晰的结构信息，极大地推动了RNA剪接研究领域的发展。2017年5月，施一公教授的研究小组还解释了人剪刀的工作状态(3.76的步骤2的催化活化状态下的人C*复合物)，并解释了人剪刀在催化步骤2的酯交换反应中的作用机制(参见BioArt的上一份报告:史龚毅小组首次报道了人剪刀的原子分辨结构)。

内含子套索剪接体ILS复合体的解体标志着剪接周期的结束。早在2015年8月，施一公教授的研究团队就分析了粟酒裂殖酵母的3.6埃内含子套索剪接体ILS复合物3.6。然而，最新研究表明，酿酒酵母和酿酒裂殖酵母的ILS复合物在整体构象、蛋白质组成和核糖核酸方面具有高度相似性(如下图)。

酿酒酵母而不是裂殖酵母的ILS复合物包含三种Ntr复合物组分:ATPase/解旋酶Prp43、Ntr1/Spp382和Ntr2，以及剪接因子Cwc23。酿酒裂殖酵母含有四种蛋白质:Cwf11、Cwf19、Cwf17和Cyp1。除Cwf19外，其他三种蛋白在酿酒酵母中没有同源蛋白。

在酿酒酵母ILS复合物的中心，Prp8、Snu114、三个第19复合物(NTC)蛋白(Cef1、Cf1、Syf2)和六个NTC相关(NTR)组分(Cwc2、Cwc15、Bud31、Ecm2、Prp45、Prp46)在激活位点与核糖核酸相互作用，并且C*复合物具有一定的相似性(如下图)。这一结构为理解离子液体复合物的解离模式提供了更合理的机制。

内容转载自微信公众号“生物科技”

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