施一公院士Cell Res解析关键蛋白结构

　　

生物通报道：来自清华大学生科院的研究人员发表了题为“Crystal structure and biochemical analysis of the heptameric Lsm1-7 complex”的短讯文章，揭示了Lsm1-7复合物的结构新机制，相关成果公布在Cell Research杂志上。

 

文章的通讯作者是早年毕业于清华大学的施一公教授，施一公教授自回国之后就引起了各方关注，虽然经历了不少舆论争议，但他在学术上依然走出了自己的一条道路，回国后这5年里，施一公在Nature等国际顶级期刊上发表了多篇论文，同时他也搭建起了以清华大学为中心的人才引入桥梁。去年当选为中科院院士。

 

真核生物执行翻译功能的信使RNA(messenger RNA)在细胞核内的成熟需要经历一个非常复杂的剪切和拼接过程，这个过程主要是由五个小核核糖核蛋白（small nuclear ribonucleoproteins, snRNP）和一系列的辅助蛋白构成的巨大分子机器——剪切体（spliceosome）执行的。每种snRNP都由一条小核RNA（small nuclear RNA）和与之特异性结合的七元环蛋白质复合物组成。大部分的七元环复合物是Sm 蛋白质七聚体，只有在U6小核核糖核蛋白中为Lsm蛋白质七聚体复合物。

 

Lsm蛋白家族有十多个成员，在各个物种中高度保守，参与各种与RNA代谢相关的信号通路。在真核细胞中，组成U6 小核核糖核蛋白的蛋白质复合物是Lsm2/3/4/5/6/7/8。它能够特异地识别U6 RNA的3’末端序列，并帮助U6 RNA与剪切体其他成员相互作用，催化RNA的剪接过程。

 

此前施一公研究组曾发表论文阐述Lsm蛋白质复合物特异性识别剪切体U6 RNA的分子机制，在这一基础上，研究人员又成功地利用pQLink plasmid共表达了酿酒酵母中所有的七个Lsm蛋白，并将这一Lsm1-7复合物进行了纯化，通过质谱确认了所有七个蛋白。

 

然而之后研究人员虽然进行了严格的实验，但依然无法结晶Lsm1-7复合物。为了解决这个问题，他们进行了一种系统性蛋白工程试验，尝试去除可变序列，以及将半胱氨酸突变为丝氨酸，从而最终对这种复合物进行了结晶，获得了分辨率为3.0的结构模型。

 

延伸阅读：清华大学最新Nature文章

 

通过结构分析，研究人员发现Lsm1-7复合物结构通过一个Sm样同源七聚体连接，由硒基单反常色散（single anomalous dispersion，SAD，生物通译），和分子置换结合而成。

 

酿酒酵母的Lsm1-7复合物的外形有些像是一个厚的甜甜圈，外径约70 Å，内径为5 Å，且厚度为45 Å。七个Lsm部件依次相连形成一个封闭的环，顺序为Lsm1-Lsm2-Lsm3-Lsm6-Lsm5-Lsm7-Lsm4。

 

这项研究进一步深入探讨了Lsm复合物的结构机制，为此领域的相关研究提供了新的设计思路和研究方法。（生物通：万纹）

 

原文摘要：

Crystal structure and biochemical analysis of the heptameric Lsm1-7 complex

The Lsm (Sm-like) family of proteins, characterized by the Sm fold1 and conserved among eukaryotes, plays an important role in RNA biogenesis. The Sm and Lsm complexes play an essential role in pre-mRNA splicing2. Of the five small ribonucleoproteins (snRNPs), four (U1, U2, U4, U5) contain the Sm heptamer ring, whereas the U6 snRNP contains a specific Lsm2-8 heptamer that comprises Lsm2, Lsm3, Lsm4, Lsm5, Lsm6, Lsm7, and Lsm83. Another Lsm heptameric complex, Lsm1-7, which differs from Lsm2-8 by one Lsm protein, is thought to function in mRNA decapping, a crucial step in the mRNA degradation pathway4.