清華施一公院士發表2016開年Science文章

　　來自清華大學生命科學學院、中科院上海生命科學研究院的研究人員報告稱，他們獲得了分辨率為3.8埃的U4/U6.U5 三小核核糖核蛋白復合物（U4/U6.U5 tri-snRNP）三維結構，由此提供有關剪接體（spliceosome）組裝和催化的新見解。研究結果發布在1月7日的《科學》（Science）雜志上。

　　清華大學的施一公（Yigong Shi）教授是這篇論文的通訊作者。施一公研究組主要致力于運用結構生物學和生物化學的手段研究腫瘤發生和細胞凋亡的分子機制，集中于腫瘤抑制因子和細胞凋亡調節蛋白的結構和功能研究、重大疾病相關膜蛋白的結構與功能的研究、胞內生物大分子機器的結構與功能研究。回國后施一公在Nature等國際頂級期刊上發表了多篇論文，同時他也搭建起了以清華大學為中心的人才引入橋梁。2013年當選為中科院院士。

　　在真核生物的前體mRNA(pre-mRNA)中，稱作為外顯子的蛋白質編碼序列被非編碼序列內含子所隔開。前體mRNA加工涉及到切除內含子并將鄰近的外顯子連接起來，這一過程是由動態的核糖核蛋白(RNP)復合物剪切體來完成。每個剪接循環都必須經歷兩個連續的轉酯基反應，第一步生成一個游離5′外顯子和一個內含子套索-3′外顯子，第二步釋放出一個內含子套索并生成連接的5′外顯子-3′外顯子。負責這兩步反應的剪接體是由U2和U5 snRNPs、U6 snRNA和大量其他的蛋白質所構成。組裝出這一具有催化活性的剪接體，需經歷一系列的協調步驟，U4/U6.U5 tri-snRNP在其中起著不可或缺的作用。

　　剪接體被認為是一種蛋白質定向金屬酶。在去年發表的一篇Science文章中，施一公課題組采用單顆粒冷凍電子顯微鏡獲得了分辨率為3.6埃的裂殖酵母剪接體三維結構。揭示出U6 snRNA分子內莖環(ISL)的一些保守核苷酸調節了兩個催化鎂(Mg2+)離子。剪接體催化中心由U2/U6 snRNA duplex的螺旋I，U6 snRNA的ISL，U5 snRNA的環I和Mg2+構成，所有這些均定位在Prp8的正電荷表面腔洞中。在U4/U6.U5 tri-snRNP中，U6 snRNA被認為通過與U4 snRNA廣泛的堿基配對互作以一種無活性的構象存在。闡明這一tri-snRNP的結構對于認識剪接體組裝及U6 snRNA的激活機制至關重要。

　　剪接體復合物的動態特性及大尺寸使得詳細的結構調查成為一項艱巨的挑戰。早期電鏡研究人類和酵母tri-snRNPs只能達到21 ?或更低的分辨率，揭示出了整體的形狀和特征。最近利用冷凍電鏡獲得了分辨率為5.9 ?的釀酒酵母U4/U6.U5 tri-snRNP結構，使得能夠確定許多蛋白質和snRNA元件的定位。tri-snRNP中許多蛋白質元件的二級結構元件也可辨別出來。盡管取得了這些令人鼓舞的研究進展，相對低的分辨率幾乎無法解釋氨基酸側鏈或核苷酸的特征，阻礙了建立tri-snRNP的原子模型。

　　在這篇Science文章中，研究人員稱利用單顆粒冷凍電子顯微鏡獲得了釀酒酵母U4/U6.U5 tri-snRNP的三維結構，總分辨率達到3.8 ?。tri-snRNP核心區域的局部分辨率達到3.0-3.5 ?，由此構建出了一個精確的原子模型。他們的結構中包含有U5 snRNA，廣泛堿基配對的U4/U6 snRNA，和包括Prp8及Snu114的30個蛋白，總計8,495個氨基酸，263個核苷酸，合并分子質量近1兆道爾頓（mega-Dalton）。

　　該結構顯示來自U6 snRNA的催化核苷酸U80以一種失活的構象存在，與U4 snRNA之間發的堿基配對互作穩定了它，并受到Prp3的保護。值得注意的是，與U6 snRNA和U5 snRNA環I的堿基配對互作將前體mRNA束縛在tri-snRNP中。這一結構結合剪接體結構揭示出了在剪接體核酸酶活化過程中snRNAs的排列。