我科学家首次展示RNA剪接“分子时钟”精确原子模型

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    本报北京12月3日电（记者邓晖）西湖大学生命科学学院施一公教授研究组题为《ATP水解酶/解旋酶Prp2及其激活因子Spp2催化剪接体激活过程中结构重塑的分子机理》的论文，11月27日在《科学》杂志以长文形式发表。此文报道了酿酒酵母处于激活状态的剪接体2.5埃的高分辨率电镜结构，该结构是目前报道的最高分辨率的剪接体结构，首次展示了剪接体状态转变过程中的“动力驱动”蛋白——ATP水解酶/解旋酶Prp2及其激活因子Spp2催化其重塑的结构基础，为理解剪接体激活重塑的分子机理提供了迄今最清晰的结构信息。相关研究显示，人类超过95%的基因都会发生RNA剪接，任何异常、错误的RNA剪接，都会导致严重的遗传紊乱和疾病，目前人类遗传病大约有35%跟RNA剪接异常有关，针对这些RNA剪接的药物靶点来设计药物，有望推动一些人类疑难疾病的治疗。

    生物的行为、语言、思考等一切生命活动都由基因所控制，而RNA剪接是真核生物基因表达调控的重要环节之一。负责执行RNA剪接反应的是细胞核内的剪接体，而剪接体需要“动力驱动”蛋白——ATP水解酶/解旋酶进行严格的调控，它们在催化剪接体构象的改变、控制RNA剪接的进程、对RNA进行检验和校对等过程中有着极其关键的作用，被誉为RNA剪接的“分子时钟”。

    2015年，施一公研究组在世界上首次报道了裂殖酵母剪接体3.6埃的高分辨率结构，首次展示了剪接体催化中心近原子分辨率的结构。但如何阐述剪接体重塑蛋白控制剪接体状态转变的分子机理，揭示RNA剪接“分子时钟”精确的原子模型，一直是领域内的核心难题之一。

    该研究组利用单颗粒冷冻电镜技术重构出了整体分辨率为2.5埃的Bactcomplex冷冻电镜结构，其中，处于剪接体边缘的结构重塑蛋白ATP水解酶/解旋酶Prp2与其激活因子Spp2的分辨率高达3.2埃，并搭建了原子模型。在如此高的分辨率下，该文解析的Bactcomplex结构首次观察到了剪接体核心区域中的水分子通过氢键参与关键剪接位点的识别，以及与金属离子的配位结合。令人惊喜的是，该结构展示了激活因子Spp2通过四个关键的锚定位点，将Prp2固定到剪接体上。Spp2对于Prp2激活剪接体、催化剪接体结构重塑的重要作用也被基于结构设计的大量生化实验验证。