学者发表最新文章：RNA剪接复合体的组装新机制

　　生物通报道：前体mRNA剪接是一个高度动态的复杂过程，随着剪接反应的进程剪接体复合物随之重组和解离。这个过程对于生物机体基本功能具有重要的意义。近期来自中国科学院生物物理研究所许瑞明研究组解析了1.9 Å分辨率的Gemin5蛋白N端与snRNA底物的复合物晶体结构，验证了Gemin5与snRNA之间的序列特异性结合模式，并提示了介导两者相互作用的关键因素。

这一研究成果公布在Genes & Development杂志上，文章的通讯作者是生物物理研究所许瑞明研究员和王明珠副研究员。许瑞明研究员早毕业于浙江大学，入选国家“****”，国家“杰出青年基金”，研究组主要从事基因表达与调控的结构生物学研究。具体研究内容又分为基因转录的表观遗传调控和RNA转录后加工两个方向。

剪接体组装的基石是5种富含尿嘧啶的小核核糖核酸-蛋白质复合物（U1，U2，U4/ U6和U5 snRNP），它们的核心分别由各自的小核RNA (snRNA)以及结合在其保守Sm序列上的七个不同Sm蛋白所组成。snRNP的正确组装是RNA剪接复合体形成的必要前题，然而其中的分子机制并不清楚。

在体内，snRNP的组装需要SMN复合物的参与。SMN复合物中的SMN和Gemin2结合Sm蛋白，Gemin5结合snRNA。目前关于后者的机制认识缺乏，揭示Gemin5与snRNA的作用方式和识别特征，对于全面了解SMN复合物介导snRNP组装的分子机制具有重要意义。

许瑞明研究组通过体外生化实验确定了Gemin5与U4 snRNA的结合区域，并解析了1.9 Å分辨率的Gemin5蛋白N端与snRNA底物的复合物晶体结构。结构显示，Gemin5蛋白N端形成双7叶β-螺旋桨状WD40结构域，横跨这两个WD40顶端的连续的碱性区域结合了U4 snRNA中Sm序列的前六个碱基。研究还发现紧邻Sm序列5’端的一个腺嘌呤对于蛋白的结合也起到重要作用。针对相关氨基酸残基和碱基的一系列定点突变实验结果验证了Gemin5与snRNA之间的序列特异性结合模式，并提示了介导两者相互作用的关键因素。

由于WD40结构域是近年来鉴定的新型RNA结合蛋白，因此这项工作的另一个重要意义在于首次揭示了串联WD40结构域RNA之间直接的相互作用方式。

去年，清华大学的研究组报道了通过单颗粒冷冻电子显微技术（冷冻电镜）解析的酵母剪接体近原子分辨率的三维结构，并在此结构的基础上进行了详细分析，阐述了剪接体对前体信使RNA执行剪接的基本工作机理。

这一研究对剪接体近原子分辨率结构的解析，不仅初步解答了这一基础生命科学领域长期以来备受关注的核心问题，又为进一步揭示与剪接体相关疾病的发病机理提供了结构基础和理论指导。清华大学两篇Science论文报道剪接体三维结构

作者简介：

许瑞明 博士 研究员 博士生导师

　　国家“****”、国家“杰出青年基金”获得者

　　美国科学促进会2012年度会士

　　中科院生物物理所，生物大分子国家重点实验室主任，创新课题组组长

　　蛋白质科学国家实验室（拟筹建）主任
简历 & 研究组工作摘要

1980 - 1984 浙江大学物理系，获理学学士学位
1984 - 1989 美国Brandeis大学物理系，获物理学硕士、博士学位
1989 - 1991 美国德克萨斯大学奥斯汀分校物理系，博士后
1991 - 1993 美国纽约州立大学石溪分校物理系，博士后
1993 - 1996 美国冷泉港实验室，访问学者、研究助理
1996 - 2005 美国冷泉港实验室，助理教授 、副教授、教授
2006 - 2008 美国纽约大学医学院，教授
2008 - 今 中国科学院生物物理研究所，研究员

　　现任蛋白质科学国家实验室(拟筹建) 主任，生物大分子国家重点实验室主任，中国科学院生物物理研究所副所长。

　　研究组工作摘要

　　本研究组主要从事基因表达与调控的结构生物学研究。具体研究内容又分为基因转录的表观遗传调控和RNA转录后加工两个方向：

　　一、表观遗传的结构机理

　　表观遗传现象是由于DNA和组蛋白的化学修饰而导致的染色质的空间结构变化而引起的相对稳定基因表达状态的继承。这种基于结构变化的基因表达调控方式是使具有相同基因组的生物体丰富多彩的原因，例如形态迥异的各种体细胞就是由单一的受精卵分化而来的，也是很多随着环境和年龄变化而引起的疾病（例如癌症和糖尿病等）的重要因素。我们的这个研究方向包括对于各种组蛋白修饰酶的催化机理、底物特异性、酶活性的调控的结构和功能探索，以及修饰后的组蛋白识别和染色质的高级结构的建立和维持的结构基础研究。这项研究对于深入理解表观遗传在动、植物发育和细胞分化中的重大作用，表观重编程在体细胞克隆、诱导多功能干细胞技术中的原理，表观遗传失调在癌症发生、衰老等过程中的机理以及针对表观遗传调控的药物研发都有重大的意义。

　　二、RNA转录后加工和蛋白质-RNA相互作用

　　RNA转录后加工的主要步骤有5’端加帽，剪接和3’端多聚腺苷酸化。我们的主要工作集中在RNA剪接，原因是人类基因组的绝大部分转录本都有多种的剪接方式，导致每一条基因能够产生多个不同的蛋白质，因而极大地提高了体内的蛋白质组的多样性和复杂性。RNA剪接是由一个上百个蛋白质和数条小核RNA组成的复杂的动态复合体（剪接体）完成的。揭示mRNA剪接的分子机理以及剪接点选择的结构基础，包括剪接体内的蛋白质－蛋白质和蛋白质－RNA相互作用，以及剪接体和剪接因子与mRNA的相互作用，是我们这项研究的目标。此外，mRNA剪接和转录调控也有千丝万缕的关系，我们的兴趣也包括联系这两个过程的蛋白质－蛋白质和蛋白质－RNA相互作用的结构和功能研究。

原文摘要：

Structural basis for snRNA recognition by the double-WD40 repeat domain of Gemin5

Assembly of the spliceosomal small nuclear ribonucleoparticle (snRNP) core requires the participation of the multisubunit SMN (survival of motor neuron) complex, which contains SMN and several Gemin proteins. The SMN and Gemin2 subunits directly bind Sm proteins, and Gemin5 is required for snRNP biogenesis and has been implicated in snRNA recognition. The RNA sequence required for snRNP assembly includes the Sm site and an adjacent 3′ stem–loop, but a precise understanding of Gemin5's RNA-binding specificity is lacking. Here we show that the N-terminal half of Gemin5, which is composed of two juxtaposed seven-bladed WD40 repeat domains, recognizes the Sm site. The tandem WD40 repeat domains are rigidly held together to form a contiguous RNA-binding surface. RNA-contacting residues are located mostly on loops between β strands on the apical surface of the WD40 domains. Structural and biochemical analyses show that base-stacking interactions involving four aromatic residues and hydrogen bonding by a pair of arginines are crucial for specific recognition of the Sm sequence. We also show that an adenine immediately 5′ to the Sm site is required for efficient binding and that Gemin5 can bind short RNA oligos in an alternative mode. Our results provide mechanistic understandings of Gemin5's snRNA-binding specificity as well as valuable insights into the molecular mechanism of RNA binding by WD40 repeat proteins in general.