清華大學施一公研究組在《自然》發表論文
闡述Lsm蛋白質複合物特異性識別剪切體U6 RNA的分子機制
清華新聞網11月18日電 11月17日，清華大學生命學院施一公教授研究組在國際頂級學術期刊《自然》在線發表了題目為Crystal structures of the Lsm complex bound to the 3』 end sequence of U6 small nuclear RNA（Lsm蛋白質複合體結合U6小核RNA 3』末端序列的晶體結構）的研究論文，首次報導了Lsm2-8蛋白質複合物自組裝的晶體結構及其特異識別U6小核RNA 3』末端序列的分子機制。清華大學生命學院博士生周麗君和醫學院博士生杭婧為該論文的共同第一作者。
圖示Lsm2-8複合物與U6 RNA的特異性識別。
在真核生物中，執行翻譯功能的信使RNA(messenger RNA)在細胞核內的成熟需要經歷一個非常複雜的剪切和拼接過程，這個過程主要是由五個小核核糖核蛋白（small nuclear ribonucleoproteins, snRNP）和一系列的輔助蛋白構成的巨大分子機器——剪切體（spliceosome）執行的。每種snRNP都由一條小核RNA（small nuclear RNA）和與之特異性結合的七元環蛋白質複合物組成。大部分的七元環複合物是Sm 蛋白質七聚體，只有在U6小核核糖核蛋白中為Lsm蛋白質七聚體複合物。Lsm蛋白家族有十多個成員，在各個物種中高度保守，參與各種與RNA代謝相關的信號通路。在真核細胞中，組成U6 小核核糖核蛋白的蛋白質複合物是Lsm2/3/4/5/6/7/8。它能夠特異地識別U6 RNA的3』末端序列，並幫助U6 RNA與剪切體其他成員相互作用，催化RNA的剪接過程。
在這篇研究論文中，施一公研究組通過特殊的蛋白質表達手段獲得了均一性和穩定性良好的自組裝Lsm蛋白質複合物，克服了傳統Lsm蛋白提取方法對蛋白質造成的潛在變性危害。在此基礎上，作者對蛋白質複合物和RNA片段進行了共結晶，結合結構生物學和生物化學的分析手段，揭示了Lsm2-8七聚體蛋白質複合物特異性識別U6 snRNA末端的分子機制。Lsm2-8蛋白質複合物中的四個亞基Lsm4/8/2/3分別使用兩個保守的序列模式特異性地把U6 RNA 3』末端4個尿嘧啶錨定在七聚體圓環形成的中間空腔內，其中Lsm3識別最末位的尿嘧啶核苷酸。有趣的是，當這個核苷酸被截去之後，Lsm3仍可以以及其相似的識別模式錨定最後一個尿嘧啶，引起整個結合序列的後移。除與Lsm4相鄰的Lsm7對RNA的結合貢獻了微弱的氫鍵以外，其他兩個亞基並沒有直接參與到RNA識別中去。這一創造性的新發現首次從三維晶體結構上描述和解釋了Lsm蛋白對U6 RNA的「末端識別」模式。
由於剪接通路的動態複雜性，自1993年基因剪接的發現被授予了諾貝爾生理學醫學獎以來，科學家們仍在步履維艱地探索著其中的奧秘。此課題的完成攻克了世界上多個研究組感興趣的難題，將7個不同蛋白質共同表達並結晶。為此領域的相關研究提供了新的設計思路和研究方法。
Lsm蛋白質複合物晶體結構的解析是施一公研究組首次在RNA剪接通路中取得的重大進展，為更好地理解真核生物剪接體的功能實現和揭示生命現象的基本原理奠定了紮實的理論基礎。
供稿：生命學院 編輯：襄樺