施一公團(tuán)隊(duì)《細(xì)胞》解析酵母ILS狀態(tài)剪接體

　　北京時(shí)間9月15日凌晨，Cell在線發(fā)表了施一公教授課題組題為“Structure of an Intron Lariat Spliceosome from Saccharomyces cerevisiae”的論文，解析了釀酒酵母平均分辨率為3.5A的內(nèi)含子套索剪接體ILS complex（Intron Lariat Spliceosome）。本文威正翔禹/締一生物為您分析施一公團(tuán)隊(duì)《細(xì)胞》解析酵母ILS狀態(tài)剪接體。

　　內(nèi)含子的去除主要是通過(guò)兩步轉(zhuǎn)酯反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這兩步化學(xué)反應(yīng)是由剪接體催化完成的（下圖a）。對(duì)于每一個(gè)內(nèi)含子來(lái)說(shuō)，為了調(diào)控反應(yīng)的各個(gè)基團(tuán)在適當(dāng)時(shí)機(jī)呈現(xiàn)合適的構(gòu)象從而發(fā)揮其活性，剪接體各組分按照高度精確的順序結(jié)合和解離，組裝成一系列具有不同構(gòu)象的分子機(jī)器，統(tǒng)稱為剪接體。根據(jù)它們?cè)赗NA剪接過(guò)程中的生化性質(zhì)，這些剪接體又被區(qū)分為E、A、B、Bact、B*、C、C*、P、ILS等若干狀態(tài)（下圖b）。

　　圖片引自：Shi, Y. （2017）。 The Spliceosome: A Protein-Directed Metalloribozyme. Journal of Molecular Biology, 429（17）， 2640-2653.

　　在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，**次觀察到了參與剪接體解聚的4個(gè)關(guān)鍵蛋以及在剪接體解聚過(guò)程中具有重要作用的一個(gè)剪接因子。該結(jié)構(gòu)的解析，補(bǔ)充了mRNA剪接后期剪接體解聚的關(guān)鍵信息，描述了剪接體完成轉(zhuǎn)酯反應(yīng)后、即將解聚前的催化反應(yīng)活性中心的變化，并從結(jié)構(gòu)生物學(xué)的角度提出了兩種可能的剪接體解聚的分子模型。該結(jié)構(gòu)的解析為領(lǐng)域內(nèi)對(duì)剪接體解聚機(jī)理長(zhǎng)達(dá)多年的猜測(cè)提供了重要依據(jù)。

　　剪接體由五個(gè)小核核糖核蛋白（snRNP）、十九號(hào)復(fù)合物（Nineteen Complex，簡(jiǎn)稱NTC）、十九號(hào)復(fù)合物相關(guān)蛋白（NTC Related）和一系列的輔助蛋白所構(gòu)成，共涉及到100多個(gè)蛋白質(zhì)和至少五條RNA分子。在剪接的過(guò)程中，剪接體以前體信使RNA分子為中心，按照高度精確的順序進(jìn)行逐步組裝并發(fā)生大規(guī)模結(jié)構(gòu)重組，使之得以完成復(fù)雜的剪接任務(wù)。剪接是真核細(xì)胞進(jìn)行正常生命活動(dòng)不可或缺的核心環(huán)節(jié)，因此具有重大的生物學(xué)意義，獲取剪接體在組裝、激活、催化反應(yīng)過(guò)程中各個(gè)狀態(tài)的結(jié)構(gòu)是最基礎(chǔ)也是最富挑戰(zhàn)性的結(jié)構(gòu)生物學(xué)難題之一（2014年初Nature發(fā)表了一篇評(píng)論文章回顧晶體學(xué)一百年，將剪接體和核孔復(fù)合物結(jié)構(gòu)視為今后最希望解析的蛋白復(fù)合物）。

　　2015年8月至今，施一公教授研究組共報(bào)道了剪接反應(yīng)中5個(gè)關(guān)鍵狀態(tài)剪接體復(fù)合物的高分辨率結(jié)構(gòu)，分別是3.8埃的預(yù)組裝復(fù)合物tri-snRNP、3.5埃的激活狀態(tài)復(fù)合物Bact complex、3.4埃的**步催化反應(yīng)后復(fù)合物C complex、4.0埃的第二步催化激活狀態(tài)下的C* complex以及3.6埃的內(nèi)含子套索剪接體ILS complex。這5個(gè)高分辨率結(jié)構(gòu)所代表的剪接體狀態(tài)，基本覆蓋了整個(gè)剪接通路中關(guān)鍵的催化步驟，提供了迄今為止最為清晰的剪接體不同工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)信息，大大推動(dòng)了RNA剪接研究領(lǐng)域的發(fā)展。2017年5月份施一公教授課題組還首席解析了人源剪切體的工作狀態(tài)（3.76A第二步催化激活狀態(tài)下的人源C* complex），闡釋了人源剪切體催化第二步轉(zhuǎn)酯反應(yīng)的功能機(jī)理（詳見(jiàn)BioArt此前的報(bào)道：施一公組**報(bào)道人源剪切體原子分辨率結(jié)構(gòu)）。

　　內(nèi)含子套索剪接體ILS complex的解體標(biāo)志著剪接循環(huán)的結(jié)束，早在2015年8月，施一公教授課題組就解析了裂殖酵母（S. pombe）3.6埃的內(nèi)含子套索剪接體ILS complex。而最新的這項(xiàng)研究表明，釀酒酵母和裂殖酵母的ILS complex在整體構(gòu)象和蛋白組成成分以及RNA都具有很高的相似性（下圖）。

　　釀酒酵母而非裂殖酵母的ILS complex包含三個(gè)Ntr復(fù)合物成分：ATPase/解旋酶Prp43、Ntr1/Spp382以及Ntr2，此外還包含剪接因子Cwc23.。而裂殖酵母包含四個(gè)蛋白：Cwf11、Cwf19、Cwf17以及Cyp1。除了Cwf19，其它三個(gè)蛋白在釀酒酵母中沒(méi)有對(duì)應(yīng)的同源蛋白。

　　在釀酒酵母ILS complex的中心，Prp8、 Snu114、三個(gè)十九號(hào)復(fù)合體（NTC）蛋白（Cef1、 Clf1、 Syf2）以及6個(gè)NTC相關(guān)（NTR）成分（Cwc2、Cwc15、Bud31、Ecm2、 Prp45、 Prp46）與處于激活位點(diǎn)的RNA相互作用，C* complex具有一定的相似性（下圖）。該結(jié)構(gòu)對(duì)于認(rèn)識(shí)ILS complex的解離方式提供了更合理的機(jī)制。

        施一公教授為本文的通訊作者，署名單位為西湖大學(xué)、浙江西湖高等研究院，清華大學(xué)生命學(xué)院博士萬(wàn)蕊雪、高精尖中心**學(xué)者閆創(chuàng)業(yè)博士、博士生白蕊為該文的共同**作者。

        綜上所述，您是不是已經(jīng)對(duì)施一公團(tuán)隊(duì)《細(xì)胞》解析酵母ILS狀態(tài)剪接體，有所了解。如果還有其他疑問(wèn)，請(qǐng)咨詢威正翔禹/締一生物資深專家免費(fèi)熱線：400-166-8600。