施一公研究组：RNA最后一个剪接体基本状态被捕获丨CellPress论文速递
2019年3月15日，清华大学生命学院施一公教授研究组就剪接体的机理与结构研究，于Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell发表题为《催化激活状态的酵母剪接体结构揭示RNA剪接分支反应的机理》（Structures of the Catalytically Activated Yeast Spliceosome Reveal the Mechanism of Branching）的科研论文，揭示了剪接体第一步剪接反应前的瞬变状态——催化激活剪接体（catalytically activated spliceosome，定义为“B*复合物”）4个不同构象的高分辨率三维结构，这是目前RNA剪接循环中最后一个未被解析的基本状态。
至此，施一公研究组成为世界上首个、也是唯一一个成功捕获并解析了RNA剪接过程中所有完全组装剪接体高分辨率三维结构系列成果的团队。该文报道的这4个同一状态却不同构象的剪接体结构，整体分辨率为2.9埃-3.8埃，核心区域的分辨率高达2.7埃，是目前报道的最高分辨率剪接体结构，该结构首次揭示了第一步剪接反应发生过程中的动态变化，展现了剪接因子对于剪接反应发生的重要作用，第一次从结构信息中回答了剪接体对不同pre-mRNA底物识别的特异性等重要科学问题。
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在最新发表的这篇论文中，施一公研究组将体内阻断与体外建立剪接反应相结合，对提纯方案多次探索，最终优化出一套可以获得稳定的、性质良好的“B*复合物”样品。为了探索剪接体对不同pre-mRNA底物的识别特异性研究组选取了领域内常用的两种pre-mRNA作为剪接体结合的底物，随后利用单颗粒冷冻电镜技术重构出了4个不同构象“B*复合物”整体分辨率为2.9埃-3.8埃的冷冻电镜结构，并搭建了原子模型，其中包含了4条RNA和35个蛋白（图1）。
图1 酿酒酵母催化激活剪接体4个构象的三维结构
该文解析的4个不同构象的B* complex结构，首次展示了RNA剪接第一步反应发生过程中分支点如何被剪接体逐步“推入”活性反应中心的动态变化，其中第一步剪接因子Yju2在稳定分支点中发挥了举足轻重的作用，尽管此时5’剪接位点与分支点的距离十分接近（4.3埃），却不足以形成磷酸二脂键。从而，该结构也清晰地揭示了关键蛋白因子Cwc25在激发第一步剪接反应中的重要作用（图2）。值得一提的是，在这个结构中，第一次观察到了pre-mRNA中分支点A被5’剪接位点GU通过经典的碱基互补配对以及碱基堆积力共同识别的机制，这个结构信息进一步证明了该位点在真核生物中高度保守的重要性。本文另一大亮点是首次揭示了剪接体对不同pre-mRNA底物识别的特异性，为体内不同pre-mRNA的剪接效率存在差异提供了最直接的结构信息。
图2 酿酒酵母剪接体介导分支反应的模型
截至目前为止，施一公研究组在酵母中一共解析了10个不同状态的剪接体高分辨的三维结构（如图3），从组装到被激活，从发生两步转酯反应发生到剪接体的解聚，这10个状态的剪接体完整覆盖了剪接通路，首次将剪接体介导的RNA剪接过程完整的串联起来，为理解RNA剪接的分子机理提供了最清晰、最全面的结构信息。
图3 施一公研究组解析的酵母剪接体结构汇总
（图片来源: https://ygshi.org/research）
相关论文信息
论文原文刊载于Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell上，点击“阅读原文”或扫描下方二维码查看论文
论文标题：
Structures of the Catalytically Activated Yeast Spliceosome Reveal the Mechanism of Branching
论文网址：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)30155-2
DOI:
https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.02.006
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