Science：西湖大学首秀，施一公等揭示剪接重塑的分子机制
剪接体通过两个顺序的酯交换反应，分支和外显子连接来执行真核前体信使RNA剪接以去除非编码内含子，该过程的保真度基于对内含子中的保守序列的识别以及该多兆达尔顿机器的动态组成和结构重排。通过保守的ATPase /螺旋酶（包括Prp2）执行剪接体重塑，可进行mRNA前剪接。但是，ATP酶/螺旋酶功能的结构基础仍然知之甚少。
2020年11月27日，西湖大学施一公教授团队、清华大学等多单位合作，在顶刊" Science "在线发表题为“Mechanism of spliceosome remodeling by the ATPase/helicase Prp2 and its coactivator Spp2”的研究论文，报告了Prp2的原子结构，与它的共激活因子Spp2复合的Prp2和装载Prp2的活化剪接体，以及结构指导的生化分析的结果。
剪接体是一种核酶，特定折叠的U6 snRNA催化转酯反应。虽然剪接体Bact complex的电镜结构揭示了活性中心U6 snRNA的折叠结构，但它是如何正确折叠形成的、以及后续状态转换的动力机制细节，目前并不清楚。
RNA剪接是高等真核生物基因表达所必须的一步，由剪接体催化完成。虽然剪接反应的化学本质仅为两步转酯反应，但是由于需要保证翻译时可读框的准确，剪接产物必须保证单碱基的精确性。
该研究通过使用新的阻滞方法得到了大量Bact complex，从而获得了高分辨率的酿酒酵母剪接体Bact complex的电镜结构。在这一新的结构中观察到了以前未在结构研究中观察到的RNA解旋酶/ATP酶Prp2、其激活因子G-patch蛋白Spp2及与Prp2结合的底物pre-mRNA。
从而结合生化实验，阐明了剪接体Bactcomplex重塑的发动机Prp2如何被募集到剪接体上、Spp2如何稳定Prp2以及Prp2为何具有使底物pre-mRNA向其3’端单向移动的方向性等关键科学问题。
Prp2与剪接体弱结合，没有Spp2就无法发挥功能，而Spp2与Prp2和剪接体上的锚点稳定缔合，从而将Prp2束缚到激活的剪接体上并允许Prp2起作用。Pre-mRNA被加载到Prp2的N-和C-半之间的特征通道中，其中N-半的Leu536和C-半的Arg844阻止了pre-mRNA向其5'端的向后滑动。ATP结合和水解触发Prp2中的域间移动，从而推动pre-mRNA朝其3'端单向逐步转移。这些保守的机制解释了剪接体重塑与前mRNA剪接的耦合。
Pre-mRNA剪接是通过剪接体实现的，剪接体是一种异常活跃的核糖核蛋白机制。在每个剪接循环中，剪接体都要经历四个连续的阶段：组装，活化，催化和拆卸。
在每个剪接循环中，相邻状态之间的剪接体重塑是由八个保守的ATPase/螺旋酶执行的，每个酶在Pre-mRNA剪接中都起着不可或缺的作用。
研究首先确定了酿酒酵母 Bact复合物的冷冻EM结构，从而可以在鉴定了12种新蛋白质，包括Prp2和Spp2，阐明了Spp2激活Prp2的机制。然后，针对三个不同功能状态的Prp2：自由Prp2，绑定Spp2的Prp2和ADP，Spp2及Prp2。这些结构以及已发布的信息揭示了Prp2重塑Bact复合体的作用机制。
由于剪接体高度的动态性以及剪接位点较低的一致性，尤其在哺乳动物中，还有许多机制细节有待阐明，需要更多高分辨率的结构研究来进一步完善。
论文链接：
DOI:10.1126/science.abe8863
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