Cell综述：剪接体动力学

　　

生物通报道：剪接体（Spliceosomes）是由RNA和蛋白分子组成，大小为60S的多组分复合物，这种机器能进行Pre-mRNA剪接，即把内含子去除并把外显子序列连接成为成熟的mRNA，这是基因表达与调控的重要环节之一。从作用机制上来看，剪接体作为动态分子机器，需要由亚基从头逐步组装组合，来完成每个剪接事件。

在最新一期（6月6日）Cell杂志上，来自马普生物物理化学研究所的两位学者介绍了剪接体动态作用机制的最新进展，以及这一研究方向所需要面对的一些问题。

面对环境和遗传的波动变化，生物系统采用了各种不同的机制来维持其功能。目前普遍认为基因的选择性剪接即基因选择不同的剪接位点组合，是机体增加蛋白多样性的一种有效方式，也是机体调控蛋白表达的一种重要机制。在人类和灵长类动物中，保守估计约有75%的基因发生选择性剪接，尤其多发生在免疫系统。

具体来说，细胞为了合成某种蛋白，首先需将编码蛋白质的基因中的指令从DNA复制到RNA。这种最初的拷贝称为前信使RNA（pre-messenger RNA），随后就像电影胶片一样对前信使RNA进行剪辑，将不必要的片段（称为内含子的连串的核苷酸）剪掉，剩余的片段（称为外显子）拼接到一起。为了剪切和粘贴机制能够正确发挥作用，最初必须通过一种称为U1的小RNA将细胞的剪接机器引导到靶向前信使RNA上每个内含子起点的正确剪接位点。

U1通过靠着靶RNA排成一排，将自身RNA核苷酸（RNA密码子碱基，A,U,C,G）与靶RNA碱基配对，使得A核苷酸配对靶RNA的U，C核苷酸配对靶RNA的G核苷酸，反之亦然，从而找到正确的剪接位点。当有11个碱基与靶RNA配上对时，U1识别内含子起点剪接位点的能力最强，但是在大多数情况下，只形成较少的碱基对。

2012年一组研究人员发现U1或它的靶RNA上一个或多个碱基可以“凸出”——或脱离队列——如果这能够使得周围的核苷酸在U1和靶RNA间生成更强的匹配的话。

这与之前提出的观点不同，之前的观点认为U1 RNA可以识别甚至看似不完美的剪接位点，这些位点似乎并没有正确匹配的RNA序列。U1没有靠着靶向内含子RNA序列的第一个RNA碱基排列，而是有时候顺着序列下滑到了下一个碱基如果这种转变将使得更多的U1碱基与靶RNA的碱基配对，由此生成了更强的匹配。

之后麻省理工的研究人员又发现一种对于真核细胞转录剪接十分重要的复合物：外显子拼接复合体（exon junction complex，EJC）的作用机制。

他们指出EJC主要定位于外显子连接点上游的24个核苷酸上，并且大部分外显子连接点带有EJC。而且出乎意料的是，内源性EJCs能与其它EJCs组装在一起，并与许多SR蛋白形成megadalton（一种计量单位，生物通注）大小的复合物。这种紧密的物理关联也许可以解释之前发现的EJCs和SR蛋白之间的功能相似性，此外，这些作用因子对长链mRNA保护作用——保护它们免受核酸酶消化，也表明内源性EJCs能与SR蛋白合作促进mRNA的包装和压实。

过了一年，一组研究人员又提出了剪接的新作用：停滞剪接（stalled spliceosomes，生物通译），这能作为小分子RNA生物合成的一种诱导起始物，用于基因沉默和生物防御。

他们发现当细胞剪接机器遇到转座子这样的内含子时，就会停滞，而一种称为剪接体耦合核RNA干扰（Spliceosome-Coupled And Nuclear RNAi，SCANR，生物通译)复合物的作用机制，能识别这一故障，启动合成相应的小分子RNA，用来中和转座子的RNA，这样就能有助于识别外源基因并加以抵御。

这项研究表明，mRNA前体在剪接体上的停滞作用，是siRNA积累过程的必需元件，而SCANR复合物对mRNA前体的识别，能与沉默产生动力学竞争，从而促进siRNA生成。Cell：新沉默机制——剪接体

此外，来自中国的学者也揭示了Lsm复合体结合U6 snRNP 3′末端序列的晶体结构，该研究对于深入了解前体mRNA（pre-mRNA）剪接机制具有重要意义。

研究人员发现7个Lsm蛋白每一个都与两个相邻的Lsm元件相互作用，形成蛋白质复合物四个亚基Lsm4/8/2/3分别使用两个保守的序列模式特异性地将U6 snRNP 3′端4个尿嘧啶锚定在七聚体圆环形成的中间空腔内。其中Lsm3分别通过His 36和Arg 69的π–π和阳离子-π相互作用，识别最末位的尿嘧啶碱基。当这个核苷酸被截去之后，Lsm3仍可以以及其相似的识别模式锚定最后一个尿嘧啶，引起整个结合序列的后移。除与Lsm4相邻的Lsm7对RNA的结合贡献了微弱的氢键以外，其他两个亚基并没有直接参与到RNA识别中去。

这些结构特征和相关生物化学分析首次从三维晶体结构上描述和解释了Lsm蛋白对U6 RNA的“末端识别”模式，推动了深入了解了U6 snRNP在pre-mRNA剪接中的作用。施一公教授发表最新Nature文章

（生物通：万纹）

原文摘要：

SnapShot: Spliceosome Dynamics I
Spliceosomes are multi-megadalton RNA-protein molecular machines that carry out pre-mRNA splicing, that is, the removal of non-coding intervening sequences (introns) from eukaryotic pre-mRNAs and the ligation of neighboring coding regions (exons) to produce mature mRNA for protein biosynthesis on the ribosome. They are the prototypes of dynamic molecular machines, assembling de novo for each splicing event by the stepwise recruitment of subunits on a substrate.