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人源次要剪接體的三維結(jié)構(gòu)示意圖

本報(bào)訊（記者李晨陽(yáng) 實(shí)習(xí)生王東麗）1月29日，西湖大學(xué)教授施一公研究組在《科學(xué)》發(fā)文，首次報(bào)道了“神秘”的次要剪接體的高分辨率三維結(jié)構(gòu)。這也標(biāo)志著該團(tuán)隊(duì)在一個(gè)新的研究方向上邁出關(guān)鍵一步。

生物體的遺傳信息經(jīng)過(guò)“轉(zhuǎn)錄”從DNA傳遞給RNA，再經(jīng)過(guò)“翻譯”從RNA傳遞給蛋白質(zhì)，這就是分子生物學(xué)的“中心法則”。但在真核生物DNA中，有大量看似“無(wú)效”的片段無(wú)法被“翻譯”為蛋白質(zhì)。

“就像電影制作中，會(huì)剪掉不需要的片段，再把需要的片段連接在一起。成熟mRNA的形成，就經(jīng)過(guò)了內(nèi)含子序列被剪切、外顯子序列被連接的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程被稱為‘RNA剪接’，過(guò)程的執(zhí)行者就是剪接體?！闭撐墓餐谝蛔髡咧弧⑽骱髮W(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后白蕊向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》解釋，“同樣，正如電影的剪輯方式和順序會(huì)影響最終呈現(xiàn)效果，通過(guò)排列組合，有限的基因組也能編碼更多蛋白質(zhì)。這也就是為什么人有2萬(wàn)多個(gè)基因，但是蛋白有幾十萬(wàn)個(gè)。”

過(guò)去十多年來(lái)，施一公研究組一直致力于剪接體的三維結(jié)構(gòu)解析與分子機(jī)理研究。自2015年報(bào)道了第一個(gè)剪接體的高分辨率三維結(jié)構(gòu)后，他們已完成解析的剪接體覆蓋了整個(gè)RNA剪接循環(huán)，在國(guó)際學(xué)界率先將剪接體介導(dǎo)的RNA剪接過(guò)程完整地串聯(lián)了起來(lái)。

除此之外，還有一類非常稀少和神秘的“次要剪接體”。這類剪接體所識(shí)別并剪接的是一種非經(jīng)典的內(nèi)含子序列，該類內(nèi)含子在人體內(nèi)的含量不足1%，被稱為“稀有內(nèi)含子”，但它們卻與許多重要的細(xì)胞生命活動(dòng)密切相關(guān)。次要剪接體與主要剪接體識(shí)別的剪接位點(diǎn)不同，在RNA和蛋白質(zhì)組成上也存在較大差異。

“怎么把這1%的少數(shù)派捕獲并提取出來(lái)，跟主要剪接體區(qū)分開來(lái)？這是領(lǐng)域內(nèi)一直以來(lái)未突破的難題?！卑兹镎f(shuō)，“因此次要剪接體被發(fā)現(xiàn)幾十年來(lái)，相關(guān)研究非常匱乏?！?/p>

在沒(méi)有任何次要剪接體的捕獲與純化等相關(guān)文獻(xiàn)的情況下，白蕊和另一位共同第一作者、與施一公同為共同通訊作者的西湖大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院萬(wàn)蕊雪一起，設(shè)計(jì)了一個(gè)高效的底物pre-mRNA，特異性地“釣”出了次要剪接體，同時(shí)改進(jìn)純化方式，使獲得的次要剪接體更加穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上他們利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)重構(gòu)了世界上首個(gè)次要剪接體的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，整體分辨率高達(dá)2.9埃，并搭建了第一個(gè)次要剪接體的原子模型，其中包含了4條RNA和45個(gè)蛋白。

該結(jié)構(gòu)第一次展示了人源次要剪接體的組成及其對(duì)稀有內(nèi)含子的識(shí)別機(jī)理，首次揭示了次要剪接體的催化中心以及活性位點(diǎn)，并且通過(guò)結(jié)構(gòu)解析鑒定了次要剪接體的全新蛋白組分，揭示了它們對(duì)次要剪接體及稀有內(nèi)含子剪接的重要作用。

這一研究成果使施一公研究組繼2015年首次解析世界上第一個(gè)剪接體結(jié)構(gòu)、2017年解析第一個(gè)人源剪接體結(jié)構(gòu)之后，成為世界上首個(gè)解析了次要剪接體高分辨率三維結(jié)構(gòu)的團(tuán)隊(duì)。

“我們對(duì)次要剪接體的研究，才剛剛開始?！卑兹镎f(shuō)。據(jù)她介紹，未來(lái)這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)將聚焦次要剪接體研究領(lǐng)域，進(jìn)一步探究其分子機(jī)理、調(diào)控通路及功能意義等。

“這是RNA剪接領(lǐng)域一項(xiàng)里程碑式的工作?！鼻迦A大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究員閆創(chuàng)業(yè)對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說(shuō)，“之前人們對(duì)次要剪接體的研究主要集中在生化方面，包括它識(shí)別的U12內(nèi)含子、參與組成的蛋白質(zhì)、可能的剪接途徑等，但是其結(jié)構(gòu)研究一直進(jìn)展緩慢。事實(shí)上，次要剪接體的結(jié)構(gòu)研究本身是非常重要的科學(xué)問(wèn)題，只是次要剪接體的樣品制備十分困難，決定了國(guó)際上只有少數(shù)幾個(gè)研究組能夠參與這類研究?！?/p>

他指出，盡管次要剪接體占比很少，但許多人類疾病與次要剪接體和U12內(nèi)含子有關(guān)，例如生長(zhǎng)激素缺乏癥、小腦共濟(jì)失調(diào)、骨髓增生異常綜合征等。結(jié)構(gòu)研究能大大加深科研人員對(duì)次要剪接體的認(rèn)知，可能會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)次要剪接體的生化與疾病相關(guān)研究。

“這次突破究竟能引起什么樣的‘蝴蝶效應(yīng)’，我很期待。”閆創(chuàng)業(yè)說(shuō)。

相關(guān)論文信息：https://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.abg0879