祝贺！施一公团队再取进展

剪接体通常在外显子上组装，并经历重新排列以跨越相邻的内含子。大多数由内含子定义的剪接体状态已经在结构上得到了表征。然而，一个完全组装的外显子定义的剪接体的结构仍然未知。

2024年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（IF=44）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。

令人意外的是，RNA处于B状态，其中U6 snRNA与5'剪接位点形成双链结构，而U5 snRNA识别外显子的3'端。在早期和成熟的B复合物中，B特异性因子逐步被招募，并特异性地识别外显子的3'区域。研究揭示了外显子定义的剪接体组装的关键见解，并确定了前-B到B转变的机制步骤。

另外，2024年3月14日，圣约翰大学于勇及西湖大学/清华大学施一公等多团队合作在PNAS在线发表题为“Molecular and structural basis of the dual regulation of the polycystin-2 ion channel by small-molecule ligands”的研究论文，该研究发现大多数已知的粘脂蛋白TRP (TRPML)通道的小分子激动剂抑制PC2_F604P的活性，PC2_F604P是PC2通道的功能获得突变体。其中ML-SA1和SF-51具有双重调控作用，低浓度可进一步激活PC2_F604P，高浓度可使通道失活。通过两种冷冻电镜(cryo-EM)结构、分子对接模型和诱变结果，该研究在PC2_F604P中发现了ML-SA1的两个不同的结合位点，分别负责激活和失活。这些结果为配体如何通过不寻常的机制调节PC2通道功能提供了结构和功能方面的见解，并可能有助于设计更有效和特异性调节PC2通道的化合物，并可能用于ADPKD治疗。

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。

在脊椎动物，特别是人类中，外显子的平均长度明显短于内含子。剪接体倾向于在这些相对较短的外显子上组装。在它们被激活之前，外显子定义（ED）剪接体通常会转化为内含子定义（ID）剪接体，因为必须正确切割内含子才能生成mRNA。在细胞中，外显子定义剪接体的反向剪接也可能进行，产生一个特征性的T形分支RNA中间体，进一步产生一个环状外显子作为最终产物。

在人类中，未激活之前的内含子定义剪接体已经在原子水平上进行了结构表征。U1和U2小核核糖核蛋白（snRNPs）分别识别5'剪接位点（5'SS）和分支点序列（BPS），形成前剪接体（即A复合物）。A复合物与U4/U6.U5三核蛋白结合形成前B复合物，在该复合物中，U2 snRNP主要通过U2/U6双链与三核蛋白结合。RNA解旋酶PRP28解开U1/5'SS双链，释放U1 snRNP，并允许在B复合物中形成U6/5'SS双链。前B到B的重塑涉及明显的结构重组。

与内含子定义状态相比，关于外显子定义剪接体的结构信息较少，仅在A复合物形成之前的早期组装中可获得。对外显子定义状态的理解在很大程度上基于生化分析。在外显子定义状态的A复合物中，两端的U1和U2 snRNPs被认为通过中间的SR蛋白相互桥接。在外显子定义状态的B复合物中，通过外源性5'SS寡核苷酸可以稳定三核蛋白的结合。此外，内源性环状mRNA存在于外显子定义状态的纯化酵母后催化剪接体中，确认了反向剪接途径。

内含子定义和外显子定义复合物共享相同的snRNPs。外显子定义到内含子定义的转化可能发生在A状态形成后，因为三核蛋白可能与跨越内含子的U1和U2 snRNPs结合形成内含子定义的前B复合物。另一种可能，外显子定义到内含子定义的转化也可能发生在B状态，其中上游内含子的5'SS侵入外显子定义状态的B复合物，将下游内含子的5'SS替换掉。外显子定义到内含子定义转化的机制仍然不明确。

人ED前B和B复合物的冷冻电镜结构（图片源自Cell Research）

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。

https://doi.org/10.1038/s41422-024-00949-w