Science重磅！西湖大学万蕊雪&施一公团队再取重要进展

次要剪接体负责U12型内含子的剪接，由5个小核RNAs (snRNAs)组成，其中只有一个与主剪接体共享。

2024年3月14日，西湖大学施一公及万蕊雪共同通讯在Science在线发表题为“Structural basis of U12-type intron engagement by the fully assembled human minor spliceosome”的研究论文，首次报道了完全组装的次要剪接体的高分辨率三维结构，展示了在U12型内含子上组装过程的关键构象——预催化剪接体前体（precursor pre-catalytic spliceosome，定义为“pre-B复合物”），解析并鉴定了56个蛋白和6种RNA（pre-mRNA和5种snRNA），整体分辨率高达3.3埃。

该结构第一次展示了组成次要剪接体的全部5种snRNP（U11、U12、U4atac、U6atac和U5 snRNP），揭示了次要剪接体在组装过程中对U12型内含子上5’剪接位点识别的分子机理，解决了剪接体激活过程中5’剪接位点如何逐步进入活性位点的重要问题；通过与主要剪接体的结构比较分析了U2型和U12型内含子识别的结构基础，首次从分子层面提出了主要、次要剪接体如何区分剪接位点并正确完成组装的模型。

在真核生物中，pre-mRNA的编码序列(外显子)被非编码内含子打断，这些内含子被剪接体移除。绝大多数内含子被主剪接体切除，主剪接体含有U2小核核糖核蛋白(snRNP)，因此被称为U2型内含子。另一类内含子，被称为U12型，由次要剪接体切除，这取决于U12 snRNP。含有U12型内含子的基因存在于大多数后生动物和植物中。与U2型相比，U12型内含子具有更长的5 '剪接位点(5'SS)和分支点序列(BPS)，但缺少3'SS上游的聚嘧啶束。

次要剪接体包含5个snRNPs和未知数量的蛋白质成分。四种次要snRNPs具有特定的snRNAs特征:U11、U12、U4atac和U6atac，它们与相应的主要snRNAs具有32 - 42%的序列同源性。只有U5 snRNP在主要剪接体和次要剪接体之间共享。与U2型不同，U12型pre-mRNA的剪接周期仍然知之甚少。

由于小snRNPs在细胞中的丰度较低，小剪接体的生化研究一直具有挑战性。U11和U12 snRNPs形成一个稳定的复合物，即U11/U12 di-snRNP。di-snRNP与一个U12型内含子结合形成次要前质体(A复合体)，其中5'SS和BPS分别被U11和U12 snRNA识别。假设次要A复合体募集募U4atac/U6atac。U5 tri-snRNP，产生一个完全组装的剪接体(称为pre-B复合体)。次要的pre-B复合体被认为经历了随后的重塑，成为一个活化的剪接体。这些步骤大多是通过与U2型剪接的比较提出的。

人类次要的pre-B复合物的cryoEM结构（图源自Science）

该研究组装并确定了人类次要的pre-B复合物的冷冻电子显微镜(cryoEM)结构。这一结构揭示了U12-type 5’SS识别和少量tri-snRNP募集的机制。原子模型包括U11小核核糖核蛋白(snRNP)、U12 snRNP和U4atac/U6atac。U5 tri-snRNP。U11 snRNA被5种U11特异性蛋白(20K、25K、35K、48K和59K)和七聚体Sm环识别。5 ' -剪接位点的3 '一半与U11 snRNA形成双工;5 '部分被U11- 35k、U11- 48k和U11 snRNA识别。两个蛋白，CENATAC和DIM2/TXNL4B，特异地与次要的tri-snRNP结合。结构分析揭示了两种构象相似的tri-snRNAs是如何通过主要和次要的前质体来区分组装的。

西湖大学生命科学学院特聘研究员万蕊雪、讲席教授施一公为本文的共同通讯作者；西湖大学生命科学学院副研究员白蕊为本文的第一作者；清华大学生命学院博士生袁梦、科研助理张普和西湖大学生命科学学院科研助理罗婷参与了部分生化研究。北京协和医院教授黄超兰和原高级工程师高帅鑫在质谱分析方面提供了帮助；清华大学冷冻电镜平台主管雷建林博士及工程师杨帆博士在冷冻电镜数据收集方面提供了帮助；西湖实验室副研究员黄高兴宇在数据处理方面提供了建议。电镜数据采集于清华大学、西湖大学冷冻电镜平台，计算工作得到西湖大学和清华大学高性能计算平台的支持。本工作获得了西湖教育基金会和国家自然科学基金委的经费支持。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn7272