Vita | 万蕊雪团队首次解析人类稀有剪接体催化U12型剪接全过程

2026年7月7日，西湖大学生命科学学院万蕊雪课题组联合施一公团队在Vita期刊 在线发表了题为Molecular mechanism of the catalysis for U12-type splicing by the human minor spliceosome（人源稀有剪接体催化U12型剪接的分子机理） 的研究论文， 攻克了剪接体结构与机理研究的最后一道“壁垒”， 在该领域继续领跑国际。在这篇论文中， 研究团队 通过系统性优化 pre-mRNA 底物，将U12型内含子的体外剪接效率提升约100倍，在此基础上首次成功捕获并解析了人源稀有剪接体两个催化核心状态的高分辨率三维结构：分支反应完成态（C complex）和外显子连接就绪态（C* complex）， 整体 分辨率分别达到2.9 Å和3.0 Å。 该 结构首次揭示了U12型剪接两步反应中催化金属离子的配位方式、活性中心的RNA构象动态变化，更重要的是，结构中新鉴定出的数个关键剪接因子，与肿瘤的发生发展密切相关。该研究为理解U12型剪接通路的催化调控机理及其在肿瘤发生中的潜在作用提供了直接证据。

在真核生物中，遗传信息的传递遵循 “中心法则”： DNA转录为前体信使RNA（pre-mRNA），再经剪接加工为成熟mRNA，最终翻译为功能蛋白质。RNA剪接是连接核酸信息与蛋白质功能的关键步骤，通过精准切除内含子、连接外显子，确保遗传信息的准确传递。更重要的是，可变剪接使同一基因可以产生多种蛋白质异构体，极大丰富了蛋白质组的多样性，成为真核生物复杂性和环境适应性的重要进化驱动力。

这一精密过程由剪接体催化完成。绝大多数多细胞真核生物拥有两套并行的剪接系统：U2型主要剪接体负责加工约99%的内含子，而U12型稀有剪接体则特异性识别并切除一类进化上高度保守的稀有内含子。尽管U12型内含子在基因组中占比不足1%，却高度富集于DNA复制与修复、RNA转录与翻译、电压门控离子通道等核心功能基因中。其剪接速率显著慢于U2型内含子，构成了基因表达的一个保守限速节点，为细胞提供了额外的调控层次。这意味着，稀有剪接体掌控着生命基础活动的 “开关” ——其功能异常可导致癌症、生长发育缺陷和神经发育缺陷等重大疾病。

艰难的突破之路：从 “ 大海捞针 ” 到 “ 100倍 ”

稀有剪接体之所以难以研究，根本原因在于其丰度极低。稀有剪接体特有的snRNP仅为U2型主要对应组分的1%左右，其中最核心的U6atac snRNA更是少 之又少 。打个比方：如果说主要剪接体是城市主干道上的密集车流，那稀有剪接体就是深夜里偶尔驶过的一辆自行车。想在数十亿个分子中找到它、 看清它 ，难度可想而知。

此前，万蕊雪和施一公团队已于2021年和2024年首次报道了稀有剪接体在激活和组装状态下的核心RNA构象与蛋白组成（Bai et al., Science , 2021 & 2024），揭示了U12型内含子识别的分子机理。然而，研究一直未能推进至催化活性状态， 致使 其催化机制始终难以突破。由于U12型内含子的剪接效率极低，传统生化手段无法捕获足量的催化状态复合物，使得U12型剪接的催化机制成为剪接体领域最难攻克的 “最后堡垒” 。

团队决定从源头解决问题 ： 改造 U12型剪接的pre-mRNA 底物本身。通过对U12型pre-mRNA进行系统性 迭代 优化 （ 精修核心序列、替换 和改造 外显子 序列 、引入增强子 序列等），终于在第107次的尝试中，团队获得了体外剪接效率提升100倍的 U12型 剪接底物 。正是这一数量级的跨越，使整个研究从 “不可能”变为“可能” 。

随后， 团队利用优化后的高效底物，成功捕获并纯化出处于催化活性态的稀有剪接体，通过 单颗粒 冷冻电镜技术解析了其两个关键催化状态 —— 分支反应完成态（C complex）和外显子连接就绪态（C* complex） ——的近原子 分辨率 的三维 结构（图1）。这是科学家第一次直接“看到”稀有剪接体如何 催化两步U12型 剪接反应。

图 1 分支反应完成态（C complex）和外显子连接就绪态（C* complex） 的结构

两把“剪刀”协同运转，一套精密的催化逻辑

剪接反应的化学本质是两次 “剪切”和“连接”的 转酯反应，需要两个 镁离子 离子（M1和M2）充当“剪刀手”。研究发现，稀有剪接体的催化核心由U6atac RNA和U12 RNA共同搭建 ，这 与主要剪接体 以RNA为基础的反应中心 在原理上相似，但细节上 却 大有不同（图2）。

图 2 两步剪接反应的催化中心组成

在主要剪接体的第一步反应中 ，负责激活亲核基团的 M2 经常 “ 缺席 ” ；但在稀有剪接体中， M2 始终稳定存在，确保第一步反应顺利完成。第二步剪接反应前，整个活性中心发生了一次大规模重排，分支点序列被 U12 snRNA 带动旋转了约 80° ，为 3′ 剪接位点和外显子的对接让出通道，从而为第二步反应的顺利进行做好保障。

三个“新面孔” 牵出癌症线索

这项研究还首次鉴定出多个在稀有剪接体 的催化过程 中扮演关键角色的蛋白 因子 ，其中三个与 肿瘤发生 密切相关（图3）。 MMTAG2——一个已知在多发性骨髓瘤中异常高表达的蛋白，此前无人知晓它在 肿瘤 细胞里 的具体功能 。 本项 研究发现它是 U12型 剪接 反应 第一步 发生 的 关键 “结构支架”，像一根柱子撑住催化 活性 中心的正确构象。这一发现首次将MMTAG2的促癌功能与 U12型 剪接 的 调控联系起来。WDR25和FAM204A——两者在 U12型 第二步剪接 反应 中充当“稳定器”，直接结合于催化活性中心，确保外显子连接的准确 发生 。两者在多种癌症中均为预后标志物，其表达水平与患者生存率相关，暗示稀有剪接体的异常调控可能是肿瘤发生的重要推手。

图 3 特异的U12型剪接催化因子

自带“导航”的解旋酶

解旋酶是剪接体中负责结构重塑的分子马达。在剪接体激活阶段，解旋酶PRP2必须依赖外部“导航员”G-patch蛋白GPKOW的招募才能结合到剪接体上。但本研究揭示，催化态 剪接体 中的PRP16和PRP22完全不需要外援——它们自己身上就带了“导航”。两者的N端有一段特殊的“内置锚定序列”，既能抓住剪接体核心，又能同时拉住自己的两个关键结构域，稳稳固定在剪接体上。这个“内置导航”序列在PRP16和PRP22之间高度保守，且恰好占据GPKOW在PRP2上的结合位点——完美解释了为何催化过程中的解旋酶不需要外部G-patch蛋白的帮助。

从改造底物实现100倍效率提升，到捕获两个催化状态的高清结构，再到发现与肿瘤发生直接相关的新因子，这一突破不仅彻底解决了稀有剪接体催化状态研究的长期困境，为解析其动态组装和催化调控提供了全新的研究范式，也为在细胞层面探索稀有剪接的生理与病理功能奠定了坚实基础。尤为重要的是，研究首次将稀有剪接体的功能调控与肿瘤发生直接联系起来，为相关疾病的诊断和药物开发提供了全新的分子线索。

西湖大学生命科学学院特聘研究员万蕊雪为本文 的 通讯作者，西湖大学施一公团队 原副研究员 白蕊和西湖大学生命科学学院二年级博士生郭 晗 为 本文的 共同第一作者，西湖大学医学院孙瑞和朱怡在质谱分析中提供了重要帮助。

https://www.vita-journal.com/vita/EN/10.15302/vita.2026.06.0042

相关论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg0879

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

万蕊雪课题组简介

万蕊雪，西湖大学生命科学学院特聘研究员、博士生导师，2013年于中山大学获学士学位，2018年于清华大学获得博士学位，随后在清华大学从事博士后研究。以第一作者/通讯作者身份在Science、Cell等期刊发表论文14篇 ， 曾入选2016年度“未来女科学家计划”、获2018年度Science & SciLifeLab国际青年科学家奖、2018年瑞士乔诺法（Dimitris N. Chorafas Prize）青年研究奖、2020年亚太地区蛋白质学会首届青年科学家奖等。

实验室致力于解析基因表达中关键分子机器的工作机制、 RNA加工的分子机制、非经典RNA剪接的生物学功能，以及不同物种中RNA剪接的进化 与调控机制。课题组 长期招聘博士后和科研助理，特别欢迎具有生物化学、遗传学、结构生物学或生物信息学背景的优秀人才 ， 欢迎感兴趣的同学 加入我们， 一起探究RNA剪接世界。

简历投递（ 有意者请将个人简历等材料发至 ）：

https://jinshuju.net/f/ZqXwZt或扫描二维码投递简历

制版人： 十一

学术合作组织

（*排名不分先后）

战略合作伙伴

（*排名不分先后）

推荐直播

转载须知

【非原创文章】本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经作者的允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

点击主页推荐活动

关注更多最新活动！