【Cell Research】施一公团队再取进展！

4月24日，清华大学/西湖大学施一公及清华大学闫创业共同通讯在《Cell Research》在线发表题为“Structural insights into human exon-defined spliceosome prior to activation”的研究论文，该研究报告了人类外显子定义的剪接体在四个连续状态下的原子结构：成熟的前-B、晚期前-B、早期B和成熟的B。在先前未知的晚期前-B状态中，U1 snRNP已经释放，但其余的蛋白质仍处于pre-B状态。

https://www.nature.com/articles/s41422-024-00949-w#Sec10

研究背景

 01 

在脊椎动物中，尤其是人类，外显子的平均长度明显短于内含子的长度。剪接体倾向于在相对较短的外显子上组装。在细胞中，ED剪接体可能会进行回剪接，产生一种典型的T形RNA中间体，进一步生成一个环形外显子作为最终产物。

人类剪接体在激活前的结构细节已经得到阐明。U1和U2小核糖核蛋白（snRNPs）分别识别5'-剪接位点（5'SS）和分支点序列（BPS），以形成前剪接体（称为A复合物）。A复合物与U4/U6.U5三snRNP结合形成前B复合物，其中U2 snRNP主要通过U2/U6杂交与三snRNP连接。RNA解旋酶PRP28解开U1/5'SS杂交，释放U1 snRNP，并在B复合物中形成U6/5'SS杂交。前B-到B的重构涉及明显的结构重排。

研究成果

 02 

本研究的一个重要发现是对ED前b复合物的结构阐释，这可能是高等生物中ED和ID剪接体的普遍特征。该结构揭示了5 ' ss和5 '外显子分别如何被递送到U6 snRNA和U5环I的关键问题。它还揭示了BRR2易位之前的基本结构重排，并可能解释为什么人类的pre-B和B复合物非常不同，而酵母的对应物却非常相似的令人困惑的问题。在酵母ID pre-B和ID B复合体中，U5环I不断被U6 snRNA占据。5 ' -外显子-5 ' ss取代U6 snRNA是酵母剪接体激活的先决条件。相比之下，U5环I在人ID pre-B复合体中不含U6 snRNA或前mrna，但在人ID B复合体中已经通过双工形成与5 ' -外显子-5 ' ss结合。我们的人类晚期ED pre-B复合物的结构表明，这一过程发生在蛋白质成分发生任何重大变化之前。随后的蛋白质变化导致ED - B复合物。因此，人类pre-B复合物和B复合物之间的巨大差异可能是ED到ID过渡所必需的。然而，在出芽酵母中，没有ED剪接体，因此没有这种ED到ID的转变。

分析还阐明了人类剪接体从ED到ID的转换过程。在人类晚期ED前B复合物形成后，外显子将前B复合物固定在原位一段时间。在此期间，上游U1 snRNP更有可能被招募到ED复合物中，使上游5'SS和5'-外显子与下游5'SS和5'-外显子竞争，并取代与U5环I在松散组装的剪接体中配对的下游5'SS和5'-外显子。这一过程导致ED前B复合物转化为ID前B复合物。

一个从成熟ED前B复合体到成熟ED B复合体的剪接体重塑的工作模型

研究意义

 03 

在本研究中，作者通过报告人类外显子定义剪接体的高分辨率冷冻电镜（cryo-EM）结构填补了一个重要的空白，这些结构包括四个连续状态：两个前B复合物（成熟和晚期）和两个B复合物（早期和成熟）。发现晚期外显子定义前B复合物挑战了前B状态的定义，并重新塑造了我们对脊椎动物中前B到B转变的理解。外显子定义状态的两个B复合物的结构揭示了剪接体在前催化阶段的成熟过程。这些进展产生了一个关于外显子定义与内含子定义剪接体组装的机制模型，并揭示了经典剪接、反向剪接和外显子跳跃的见解。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41422-024-00949-w#Sec10

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。