微小剪接体：研究人员揭示了一种重要的RNA-蛋白质复合物的新结构见解

在人类细胞中，只有一小部分写在基因中的信息用于产生蛋白质。单元格如何选择此信息？一种叫做剪接体的大分子机器不断地将我们基因的编码区和非编码区分开——即使你读到这些行，它也在这样做

剪接体对每个细胞的正常功能至关重要，许多遗传性疾病与剪接体功能问题有关。在大多数真核细胞中，两种类型的剪接体并行工作，将基因片段缝合在一起：主要剪接体和次要剪接体

格勒诺布尔EMBL的Galej小组在《分子细胞》杂志上发表了关于小剪接体功能的新结构见解

主要剪接体在细胞中含量丰富，四十多年来得到了广泛的研究。它长期分离的孪生兄弟——小剪接体，更为罕见，仍然是个谜，尽管它的功能同样重要

在这项研究中，研究人员揭示了U11-snRNP的结构，它是启动内含子选择过程的小剪接体的五个亚基之一

将基因片段拼接在一起

剪接体有助于细胞从信使RNA（前mRNA）的前体中去除大块的非编码遗传信息，称为内含子，信使RNA是负责将遗传信息从DNA转移到蛋白质的分子。剪接体作为一种编辑工具，有助于理解存储在前mRNA中的片段化信息。

大多数基因都有许多属于一类的内含子——主要内含子——被主要剪接体去除。然而，大约0.5%的内含子属于另一类——次要内含子——由次要剪接体加工

“这些微小的内含子非常罕见，但极其关键，因为它们通常位于维持生命所必需的家政基因中，”该研究的第一作者、Galej Group博士后赵说

剪接体是大而动态的RNA-蛋白质复合物。主要的剪接体由五个亚基组成，U1、U2、U4、U6和U5小核核糖核蛋白颗粒（snRNPs，读作“snurps”），以及大约150种蛋白质，参与剪接过程的不同阶段

次要拼接体具有相似的架构，但其主要构建块不同（U11、U12、U4atac、U6atac和U5-snRNP）。这些块究竟是如何组装以构建小拼接体并帮助其实现功能的，仍然难以捉摸

众所周知，大分子机器的结构很难确定，因为它们具有内在的动态特性。对于细胞中稀缺的分子机器，如微小剪接体，情况更是如此

赵补充道：“研究这种复合物的最大挑战之一是找出如何从整个细胞中选择性纯化它。”。“一旦我们做到了这一点，仍然需要几年的优化才能在成像条件下保持复合体的完整性。”

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长期分离的双胞胎：在进化的十字路口

EMBL格勒诺布尔小组组长Wojciech Galej已经研究前mRNA剪接机制超过15年，七年前首次决定专注于小剪接体

当Galej小组开始这个项目时，人们对小剪接体知之甚少，即使是现在，也只有少数研究小组在对这种RNA-蛋白质复合物进行结构研究

“主要和次要剪接体在进化上是相关的，但据我们所知，所有真核生物的最后一个共同祖先很可能已经拥有这两种剪接体，”该研究的通讯作者Wojciech Galej说。“这意味着它们在15亿多年前就分道扬镳了，这个时间尺度很难想象。”

研究人员利用生物化学和冷冻电子显微镜获得了U11-snRNP复合物的结构，并揭示了它如何识别“5'剪接位点”——内含子的起点——在这个精确的位置启动编辑过程

结果表明，U11-snRNP的结构与主要剪接体的相应亚基U1-snRNP的结构明显不同

赵解释道：“不同且更复杂的结构使U11 snRNP能够在每个细胞的巨大RNA序列中特异性识别其稀有底物。”

“这就像大海捞针。小剪接体已经进化到使用额外的非规范碱基配对相互作用来高保真地实现这一目标。”

定义从哪里开始切割内含子只是剪接体复杂组装途径的第一步。在剪接反应结束之前，至少还需要十几个其他步骤。关于小剪接体如何通过这些中间步骤过渡，我们知之甚少

赵说：“这是一个具有挑战性的项目，我们在这一过程中取得了进展，这是令人鼓舞的，但关于小的剪接人还有很多需要了解的。”

Galej说：“我们的工作为小内含子识别机制提供了令人兴奋的新见解，并阐明了剪接机制的进化。它为研究其他小剪接体复合物开辟了新的可能性。”

“我们的长期目标是了解整个途径在分子水平上是如何起作用的，我们希望这项工作和未来的工作将有助于更好地理解与小剪接体成分相关的遗传疾病的分子基础。这最终可能会带来新的治疗应用。”