施一公研究组在《科学》发表背靠背两篇论文
2016年7月22日，生命科学联合中心的石课题组在《科学》杂志上发表了两篇关于剪接体结构和机制的长文。主题分别为“3.5埃激活态酵母剪接的结构”(3.5埃分辨率)和“第一次催化反应后3.4埃激活态酵母剪接的结构”(3.5埃分辨率)在3.4埃分辨率下报道了酿酒酵母剪接体激活和剪接反应催化过程中两个重要状态的剪接复合体的近原子分辨率三维结构，阐明了剪接体的激活和催化机制， 从而进一步揭示了前体信使核糖核酸剪接反应(前核糖核酸剪接，以下称为核糖核酸剪接)的分子机制。
在真核生物中，核糖核酸剪接是从脱氧核糖核酸向蛋白质传递信息的核心规则中的一个关键环节。它的主要执行者是一个极其复杂的分子机器——拼接体。通过剪接反应，前体信使核糖核酸中不同数量和长度的内含子被剔除，剩下的外显子按照特定的序列连接形成成熟的信使核糖核酸，在核糖体的催化下进一步翻译成蛋白质。核糖核酸剪接的化学本质是前体信使核糖核酸经过两步酯交换反应，在两个关键步骤中完成剪切和剪接，每一步都需要由剪接体催化。
碎片是一种金属核酶，由大量蛋白质因子介导，由核酸催化。在剪接反应中，组成剪接体的蛋白质-核酸复合物和剪接因子以高度精确的顺序结合和解聚，并且通过大规模的结构重组，它们被组装成一系列具有不同组分和构象的分子机器，这些分子机器统称为剪接体。根据它们在核糖核酸剪接过程中的生化特性，这些剪接体被人为地分为几种状态，如B、Bact、B*、C、P、ILS等。在活化和催化反应过程中获得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。2015年8月，石研究组率先突破，在世界上首次报道了处于离子液体状态的裂殖子酵母剪接体的3.6埃高分辨率结构。
在最近发表的两篇《科学》论文中，石研究组进一步探索和优化了蛋白质纯化方案，在活化状态下捕获了具有良好性质的酿酒酵母接合子(也称为Bact复合物)，在第一次催化反应(催化步骤一接合子，也称为C复合物)后，利用单粒子冷冻电子显微镜技术和高效数据分类方法，重建了两个总分辨率为3.5和3.4埃的高分辨率冷冻电子显微镜结构，并建立了原子模型(图1和2)。对这两种复合物的近原子分辨率三维结构的分析是第一次完整地证明了第一次酯交换反应之前和之后的前信使核糖核酸和催化核糖核酸的反应状态，以及接合子中蛋白质组分的组装。特别值得一提的是，催化核心区的分辨率已经达到2.8-3.0埃，这清楚地显示了剪接反应中心的结构信息，并为解释剪接体对前信使核糖核酸剪接的催化机制提供了最清晰的关键证据。
将上述两种结构与研究小组先前报道的ILS剪接体和2016年1月报道的3.8埃酿酒酵母三snRNP结构进行比较，更深入地揭示了剪接体作为核酶在前信使核糖核酸剪接反应中催化两步酯交换反应的本质，这是核糖核酸剪接研究领域的又一突破。
清华大学医学院三年级博士生万、生命学院博士后严创业和生命学院一年级博士生是两篇论文的共同作者。生命学院一年级的医生黄星宇是第二篇文章的共同主要作者。石是通讯员。电子显微镜数据采集自清华大学冷冻电子显微镜平台，计算工作由清华大学高性能计算平台主席王东辉先生、国家蛋白质设施实验技术中心(北京)、联想高性能计算、荣智联支持。这项工作得到了北京结构生物学高级创新中心和国家自然科学基金的支持。
图1细菌复合物电子显微镜的密度和三维结构
图2 C复杂电子显微镜密度和三维结构图
图3拼接反应机理示意图
相关论文的链接:
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
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