mRNA剪接是基因轉錄以及蛋白質翻譯過程的關鍵一環，其中mRNA前體（pre-mRNA）的剪接是通過剪接體（spliceosome）實現的。剪接體是一種十分活躍的核糖核蛋白 「機器」 ，在每個剪接循環中，剪接體都要經歷四個連續的階段：組裝、活化、催化和拆卸。
在組裝過程中，pre-mRNA被U1小核糖核糖核蛋白（U1 snRNP）識別，形成早期複合物（E）。早期複合物與U2 snRNP結合進一步形成前剪接體（A， pre-spliceosome），後者結合U4 / U6.U5 tri-snRNP形成前體剪接體（pre-B，precursor spliceosome）。
除了pre-B以外，剪接體還具有其它多達七個的主要功能狀態：包括pre-catalytic spliceosome (B), activated spliceosome (Bact), catalytically activated spliceosome (B*), step I complex (C), step II activated complex (C*), post-catalytic complex (P) 以及intron lariat spliceosome (ILS).
在每個剪接循環中，相鄰狀態之間的剪接體重塑是由八個保守的ATPase 介導完成的，每個酶在pre-mRNA剪接中都起著不可或缺的作用。剪接反應包括兩個步驟：分支化（branching）和外顯子連接（exon ligation），分別在B *和C *複合體中完成。因此，branching過程嚴格受Bact-to-B *重塑的影響。
在該重塑過程中，Prp2酶與包含G-patch結構域的共激活因子Spp2一起，利用ATP結合和水解的能量將單鏈pre-mRNA的3'與5'末端進行連接，從而將Bact複合物向B *複合物狀態進行轉變。與Prp2相似，Prp43具有分解ILS複合體的功能，同時也需要共激活因子Ntr1的幫助。
對pre-mRNA剪接過程內在機制的理解離不開對其內部結構信息的揭示，尤其需要獲得剪接體活性位點中心的結構以及ATPase /解旋酶的作用。自2015年以來，很多研究已經先後揭示了剪接體幾乎所有主要功能狀態下的超高解析度冷凍電子顯微鏡結構。
然而，由於解析度的限制，剪接體中的ATPase /解旋酶的源自結構仍未得到揭示，因此無法進一步獲得pre-mRNA識別過程的信息。具體而言，目前仍然不清楚Prp2如何重塑Bact複合物以及Prp2為什麼需要其共激活因子Spp2來完成這一過程。
為了解決這些關鍵問題，來自西湖大學的施一公教授團隊首次揭示了啤酒酵母中該完整複合物的冷凍電鏡結構，解析度達到2.5Å（是目前完整剪接體的最高解析度），從而可以在原子層面鑑定12種新蛋白質，包括Prp2和Spp2。結構以及生化分析闡明了Spp2激活Prp2的機制。
隨後，研究者們進行了第二輪的結構研究，主要針對三個不同功能狀態的Prp2：自由Prp2、結合Spp2的Prp2和ADP-Spp2-Prp2複合體，這些結構幫助闡明Prp2重塑Bact複合體的作用機制。
啤酒酵母菌Bact複合體包含50種蛋白質、三個snRNA和一個pre-mRNA，分子量為1.86M Da。Bact複合體包含U2 snRNP、U5 snRNP、U6 snRNA、NTC、NTR、RES複合體和七個剪接因子，其中包括Prp2及其共激活因子Spp2。與Bact複合體的已公開結構相比，該研究揭示的模型具有12種新蛋白質（包括Spp2、Prp9、Prp21、 U2 Sm ring、Lea1和Msl1）。
（釀酒酵母Bact複合體結構）
該模型還包括1598個新胺基酸和另外193個核苷酸分子。Bact複合體中存在1716個水分子，這些水分子對於介導各個蛋白之間的相互作用十分重要。作者重點觀察了Bact複合體中的Prp2結構，Prp2結構域包括6個結構域、N末端柔性延伸區（1-222胺基酸殘基）、RecA1（223-403胺基酸殘基）、RecA2（404-579胺基酸殘基）、WH （胺基酸殘基580-647）、HB（胺基酸殘基648-784）和OB（胺基酸殘基785-876）。其中，C端的三個結構域包括WH、 HB以及OB，它們彼此緊密作用以形成剛性的球狀單元，N端的RecA1以及RecA2對於其ATPase活性具有重要的作用。
N端外圍延伸的去除並不會影響Prp2的ATP水解或mRNA剪切活性，然而該延伸能夠與Prp45交聯，暗示其對於Prp2向剪接體募集具有一定作用。與剛性的C端不同，N端RecA1以及RecA2之間具有相對的柔性，C端與N端之間形成的通道用於RNA的結合，該通道可容納8個核苷酸。
（Prp2與Bact複合體精細結構）
通過與Brr2, Rse1以及Spp2結合，Prp2與從而能夠募集到Bact複合體中。此外，Prp2中的OB結構域對於其與Rse1結合至關重要。與其它蛋白-蛋白相互作用相比，Prp2與Hsh155或Rse1之間的相互作用密度非常低，這表明Prp2與Bact複合體之間的互作非常脆弱。然而，值得注意的是，這種弱相互作用被共激活因子Spp2大大增強。
之後，作者揭示了Prp2與pre-mRNA相互識別的內在機制。作為具有DEAH-box結構域的 ATP酶，Prp2結合併轉移到pre-mRNA單鏈內含子區域的3'至5'處，以觸發第一步催化的蛋白質重排。在新解析的結構中，pre-mRNA的八個連續核苷酸（分別稱為U1至U8）被分為三組，每組在Prp2的RNA結合通道中顯示出不同的構象。組1包括U1和U2，它們的核鹼基彼此相互作用，並被Phe816，Pro811和His810的側鏈推離其鹼基堆積位置。
第2組僅具有單個核苷酸U3，它的核鹼基獨立存在，與U2的核鹼基相距10Å，而與U4的核鹼基相距5Å以上。U3核鹼基的獨立構象由Arg844的胍基通過陽離子-π相互作用保持穩定。
第3組包含五個連續的核苷酸U4-U8，與U3形成鮮明對比的是，U4到U8的核鹼基彼此緊密堆積。Leu536的脂肪側鏈同時與U3的核糖和U4的核鹼基相互作用，將U3推離U4並阻止U4向後向5'端滑動。
（Prp2結合pre-mRNA的結構機制）
作者還揭示了Spp2幫助Prp2與Bact複合體穩定結合的機制。Spp2包含185個胺基酸，具有一定的柔性特徵。在Bact複合體中，Spp2同時與Prp2和剪接體中的Rse1和Brr2相互作用。這些相互作用涉及四個單獨的接口，每個接口都包含Spp2的離散序列片段。接口I和II佔據Spp2的N末端一半，包含兩個短序列基序：胺基酸殘基2-14和胺基酸殘基50-58。它們分別錨定在Rse1和Brr2上。
接口III和IV在Spp2的C末端一半，包含兩個序列基序：胺基酸殘基69-116和胺基酸殘基141-151，它們都錨定在Prp2上，這四個接口預計將顯著增強Prp2與剪接體的關聯。
在間接複合體中，Spp2的任意兩個相鄰序列基序之間的插入序列高度靈活且無序，該結果揭示了Spp2將Prp2綁定到Bact複合體中的結構信息。
（SPP2與Srp2以及剪接體相互作用的結構機制）
研究通過揭示Prp2和Spp2的高解析度原子結構（單獨以及與Bact複合體結合），為剪接循環的必需ATP酶 /解旋酶的工作機制提供了信息，這填補了剪接體主要功能狀態的先前結構表徵中的重要空白。
無獨有偶，在同期的《Science》文章中，來自德國馬普研究所的Reinhard Lührmann教授團隊發表了高解析度的人源pre-Bact複合體的電鏡結構（3.9-4.2 Å.）。這些結構闡明了激活過程中發生的眾多蛋白質交換的順序，相互排斥的相互作用（確保形成U2 / U6催化RNA所需的核糖核蛋白重排正確順序）以及逐步摺疊的途徑。通過與成熟的Bact複合體的結構進行比較，揭示了支架蛋白PRP8的構象變化促進U2 / U6催化RNA的最終3D摺疊的內在分子機制。參考文獻：
1. Mechanism of spliceosome remodeling by the ATPase/helicase Prp2 and its coactivator Spp2. Science 08 Jan 2021: eabe8863. DOI: 10.1126/science. abe8863
https://science.sciencemag.org/content/early/2020/11/24/science.abe8863/tab-pdf
2. Mechanism of protein-guided folding of the active site U2/U6 RNA during spliceosome activation. Science 26 Nov 2020: eabc3753. DOI: 10.1126/science.abc3753
https://science.sciencemag.org/content/early/2020/11/24/science.abc3753