首次發現！西湖大學施一公團隊合作最新Nature子刊

　　剪接體通過四個連續的階段進行pre-mRNA剪接：組裝、激活、催化和拆卸。剪接體的活化，即催化前剪接體(B復合體)重塑為活化剪接體(Bact復合體)和催化活化剪接體(B*復合體)，涉及蛋白質組分的主要通量和結構重排。

　　2024年7月27日，西湖大學施一公團隊在Nature Communications 在線發表題為“Molecular basis for the activation of human spliceosome”的研究論文，該研究依靠剪接抑制劑，捕獲了B和B*復合物之間的六種中間狀態：pre-Bact, Bact-I, Bact-II, Bact-III, Bact-IV及post-Bact。

　　低溫電鏡結構，以及催化步驟I剪接體(C復合物)的改進結構，揭示了催化中心如何在U6 snRNA的內部莖環周圍成熟，分支位點如何接近5'-剪接位點，RNA解旋酶PRP2如何重排以結合pre-mRNA，以及U2 snRNP如何經歷顯著的運動以促進激活。該研究發現了以前未被認識到的PRP2在剪接體激活中的關鍵作用。該研究概括了人類剪接體在其催化活化過程中的分子編排。

　　Pre-mRNA剪接是真核生物基因表達的重要過程，涉及內含子的切除和外顯子的連接。RNA剪接包括兩個反應：分支和外顯子連接。剪接體是真核細胞中最具活力的分子機器之一，剪接過程分為裝配、激活、催化和拆卸四個階段。每個剪接周期需要剪接體的十種主要功能狀態：早期剪接體(E)、剪接前體(A)、B復合物前體(pre-B)、B復合物、Bact復合物、B*復合物、C復合物、第二步催化活化剪接體(C*)、催化后剪接體(P)和內含子分支剪接體(ILS)。兩種相鄰功能狀態之間的轉變需要主要的核糖核蛋白(RNP)重塑，并由八個保守的RNA解旋酶家族驅動。在剪接體組裝過程中，前B復合體通過解旋酶PRP28轉化為B復合體。

　　剪接活性位點尚未在B復合物中形成。U6小核RNA (small nuclear RNA, snRNA)被U4 snRNA隔離，不能形成內干環(internal stem loop, ISL)。剪接體的激活需要將B復合體重塑為Bact復合體，這是由解旋酶BRR2驅動的。在此過程中，U4 snRNP和B特異性蛋白被釋放，PRP19/CDC5L復合體(也稱為19復合體，或NTC)和NTC相關復合體(NTR)被招募。Bact復合體隨后被解旋酶PRP2重塑為B*復合體，在B*復合體中發生分支反應，產生C復合體。PRP2通過拉動pre-mRNA重塑Bact復合體，將分支位點(BS)傳遞到5'-剪接位點(5'SS)附近。

　　人類Bact復合物六種不同構象狀態的冷凍電鏡結構（圖源自Nature Communications ）

　　對剪接體活化機制的理解需要對剪接體活化及其相關中間狀態的詳細結構信息。B–Bact–B*轉變涉及剪接體成分的廣泛洗刷，構成剪接反應之前的最后一步，也可以說是最重要的一步。獲得了B和Bact復合物的冷凍電鏡結構。人類的Bact復合體被認為是高度動態的，不同的構象證明了這一點。人類的B*復合體在結構上還有待解決。B–Bact–B*的重塑過程可能涉及多個中間狀態和RNA解旋酶的額外作用，但對其了解甚少。

　　該研究通過對六種不同剪接體復合物的冷凍電鏡重建，捕捉到了人類剪接體在激活過程中的中間狀態。這些配合物被命名為pre-Bact, Bact-I, Bact-II, Bact-III, Bact-IV及post-Bact，它們在B和B*配合物之間架起了關鍵的橋梁。該研究還重新確定了人類C復合物的冷凍電鏡結構。對這些結構的分析揭示了剪接體組分和構象重排的有序通量，這些重排有助于組織催化中心。該研究發現了PRP2在人類剪接體激活中的一個意想不到的作用。