剪接体

英文spliceosome，进行RNA剪接时形成的多组分复合物，其大小为60S，主要是由小分子的核RNA和蛋白质组成。剪接体本身需要一些小核RNA参与。这些小核RNA不会翻译出任何蛋白，但对于调控遗传活动起到重要作用。2016年1月8日，清华大学生命学院施一公教授研究组在《科学》（Science）就剪接体的结构与机理研究再发长文（ResearchArticle），题为《U4/U6.U5三小核核糖核蛋白复合物3.8埃的结构：对剪接体组装及催化的理解》。

1、概念简介

在剪接过程中形成的剪接复合物称为剪接体,剪接体的主要组成是蛋白质和小分子的核RNA(snRNA)。复合物的沉降系数约为50～60S,它是在剪接过程的各个阶段随着snRNA的加入而形成的。也就是说在完整的pre-mRNA上形成的一个剪接中间体。

2、与核糖体

剪接体的装配同核糖体的装配相似。依靠RNA-RNA、RNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质等三方面的相互作用。可能比核糖体更复杂，要涉及snRNA的碱基配对，相互识别等。

由多个核蛋白聚集而成，具有识别mRNA前体的5'剪接位点、3'剪接位点和分支点的功能。

3、最新研究

2015年8月21日，清华大学生命科学学院施一公教授研究组在国际*期刊《科学》（Science）同时在线发表了两篇背靠背研究长文，题目分别为“3.6埃的酵母剪接体结构”（StructureofaYeastSpliceosomeat3.6AngstromResolution）和“前体信使RNA剪接的结构基础”（StructuralBasisofPre-mRNASplicing）。第一篇文章报道了通过单颗粒冷冻电子显微技术（冷冻电镜）解析的酵母剪接体近原子分辨率的三维结构，第二篇文章在此结构的基础上进行了详细分析，阐述了剪接体对前体信使RNA执行剪接的基本工作机理。清华大学生命学院博士后闫创业、医学院博士研究生杭婧和万蕊雪为两篇文章的共同第一作者。

这一研究成果具有极为重大的意义。自20世纪70年代后期RNA剪接的发现以来，科学家们一直在步履维艰地探索其中的分子奥秘，期待早日揭示这个复杂过程的分子机理。施一公院士研究组对剪接体近原子分辨率结构的解析，不仅初步解答了这一基础生命科学领域长期以来备受关注的核心问题，又为进一步揭示与剪接体相关疾病的发病机理提供了结构基础和理论指导。

2016年1月8日，清华大学生命学院施一公教授研究组在《科学》（Science）就剪接体的结构与机理研究再发长文（ResearchArticle），题为《U4/U6.U5三小核核糖核蛋白复合物3.8埃的

清华大学生命学院施一公教授

结构：对剪接体组装及催化的理解》（The3.8AStructureoftheU4/U6.U5tri-snRNP:InsightsintoSpliceosome******emblyandCatalysis），报道了酿酒酵母（Saccharomycescerevisiae）剪接体组装过程中的一个关键复合物U4/U6.U5tri-snRNP高达3.8埃分辨率的冷冻电镜结构，并在此基础上分析了剪接体的组装机制，为进一步理解剪接体的激活及前体信使RNA（pre-mRNA）剪接反应的催化机制提供了重要分子基础。该结构与2015年8月施一公研究组报道的分辨率为3.6埃的裂殖酵母（Schizosaccharomycspombe）剪接体结构的对比揭示了剪接体在pre-mRNA剪接反应过程中作为核酶（ribozyme）的催化本质，是RNA剪接研究领域的又一重大进展。

剪接体作为真核细胞中催化pre-mRNA剪接过程的执行者，是真核生物最基本的分子机器之一，对于正常生命活动具有至关重要的作用。基因的错误剪接或剪接体的错误调控与许多疾病相关。在剪接反应过程中，组成剪接体的大量蛋白质和核酸分子按照高度精确的顺序进行结合和解聚，在此过程中伴随大规模的结构重组，依次组装成命名为E、A、B、Bact、B*、C、P、ILS等等的一系列大分子复合物，从而实现对内含子与外显子交界位点的识别，以及内含子的切除和外显子的拼接。在近二百种剪接体组分中，U6小核RNA（snRNA）包含对于剪接反应具有直接催化活性的尿嘧啶核糖核苷酸（Uridine）。该核苷酸是如何在起始时被保护从而处于失活构象、又如何在适当时机被释放激活从而行使催化功能，是揭示剪接体工作机理的核心问题之一。剪接体成分复杂多变、构

图1U4/U6.U5tri-snRNP电镜密度及三维结构示意图。

象高度动态，所以对于剪接体组装及催化过程中各复合物的结构生物学研究是最基础也是最富挑战性的生物学难题之一。

U4/U6.U5tri-snRNP是剪接体组装过程中最大也是最保守的预组装复合物，它由U5小核核糖核蛋白（snRNP），U4、U6snRNA和其他蛋白因子组成。在该复合物中，U6snRNA呈现失活构象。U4/U6.U5tri-snRNP与A复合物结合形成B复合物，再经过一系列成分、构象重组后，U1、U4snRNP解离，剪接体形成，U6snRNA从而被激活。所以，tri-snRNP的加入是组装成具有催化活性的剪接体这个过程中不可或缺的一步，其高分辨率结构的解析对于揭示pre-mRNA剪接反应的分子机理至关重要。早期对于该复合物的结构研究分辨率较低，仅有2纳米，除了显示一个三角形的外观之外基本不能提供更多信息。2015年6月，英国分子生物学实验室Nagai研究组利用冷冻电镜将其分辨率提高至5.9埃，定位出多个组分，显示了一些二级结构，但由于分辨率所限，仍不足以搭建原子模型。

在施一公研究组最新发表的《科学》论文中，他们探索并优化了蛋白提纯方案，获得了性质良好的酿酒酵母U4/U6.U5tri-snRNP复合物的蛋白样品，并利用单颗粒冷冻电镜技术重构出了总体分辨率为3.8埃的三维结构，核心区域分辨率更是高达3.0-3.5埃，从而首次将该复合物分辨率推进至近原子分辨率，并搭建了该复合物的原子模型。该结构清晰显示由于U6与U4snRNA的碱基互补配对作用和蛋白因子Prp3的保护作用，U6snRNA中的催化核苷酸Uridine80被稳定在失活构象。

在此高分辨率的结构中，一个出人意料的发现是U4/U6.U5tri-snRNP复合物中存在着与之结合的pre-mRNA。该pre-mRNA通过与U5snRNA和U6snRNA碱基互补配对被识别，其5’剪接位点中高度保守的鸟嘌呤核糖核苷酸（Guanine）被关键蛋白Prp8特异性识别。这一发现为剪接体的组装和剪接反应的催化提供了新的见解。