我科學家首次展示RNA剪接「分子時鐘」精確原子模型

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本報北京12月3日電（記者鄧暉）西湖大學生命科學學院施一公教授研究組題為《ATP水解酶/解旋酶Prp2及其激活因子Spp2催化剪接體激活過程中結構重塑的分子機理》的論文，11月27日在《科學》雜誌以長文形式發表。此文報導了釀酒酵母處於激活狀態的剪接體2.5埃的高解析度電鏡結構，該結構是目前報導的最高解析度的剪接體結構，首次展示了剪接體狀態轉變過程中的「動力驅動」蛋白——ATP水解酶/解旋酶Prp2及其激活因子Spp2催化其重塑的結構基礎，為理解剪接體激活重塑的分子機理提供了迄今最清晰的結構信息。相關研究顯示，人類超過95%的基因都會發生RNA剪接，任何異常、錯誤的RNA剪接，都會導致嚴重的遺傳紊亂和疾病，目前人類遺傳病大約有35%跟RNA剪接異常有關，針對這些RNA剪接的藥物靶點來設計藥物，有望推動一些人類疑難疾病的治療。

生物的行為、語言、思考等一切生命活動都由基因所控制，而RNA剪接是真核生物基因表達調控的重要環節之一。負責執行RNA剪接反應的是細胞核內的剪接體，而剪接體需要「動力驅動」蛋白——ATP水解酶/解旋酶進行嚴格的調控，它們在催化剪接體構象的改變、控制RNA剪接的進程、對RNA進行檢驗和校對等過程中有著極其關鍵的作用，被譽為RNA剪接的「分子時鐘」。

2015年，施一公研究組在世界上首次報導了裂殖酵母剪接體3.6埃的高解析度結構，首次展示了剪接體催化中心近原子解析度的結構。但如何闡述剪接體重塑蛋白控制剪接體狀態轉變的分子機理，揭示RNA剪接「分子時鐘」精確的原子模型，一直是領域內的核心難題之一。

該研究組利用單顆粒冷凍電鏡技術重構出了整體解析度為2.5埃的Bactcomplex冷凍電鏡結構，其中，處於剪接體邊緣的結構重塑蛋白ATP水解酶/解旋酶Prp2與其激活因子Spp2的解析度高達3.2埃，並搭建了原子模型。在如此高的解析度下，該文解析的Bactcomplex結構首次觀察到了剪接體核心區域中的水分子通過氫鍵參與關鍵剪接位點的識別，以及與金屬離子的配位結合。令人驚喜的是，該結構展示了激活因子Spp2通過四個關鍵的錨定位點，將Prp2固定到剪接體上。Spp2對於Prp2激活剪接體、催化剪接體結構重塑的重要作用也被基於結構設計的大量生化實驗驗證。