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真核基因内含子剪接保真度机制不明，研究人员通过对嗜热毁丝霉（Chaetomium thermophilum）和粟酒裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）剪接复合体的冷冻电镜（cryo-EM）研究，揭示了剪接体识别 5′剪接位点的质量控制机制，为深入理解基因表达调控提供新视角。
在生命的微观世界里，基因表达就像一场精密的交响乐演奏，而从信使核糖核酸前体（pre - mRNA）中去除内含子这一过程，无疑是这场演奏中至关重要的音符。真核生物的基因中存在着被称为内含子的非编码片段，精准识别内含子并进行正确剪接，对于所有真核细胞的基因表达来说，就如同基石之于高楼，是生命活动正常运转的基础。然而，目前这一精准识别和剪接的高保真度是如何实现的，仍然是科学界热烈探索的谜题。
内含子剪接位点的识别依赖于前体信使核糖核酸（pre - mRNA）中三个关键位置的内在序列特性，即 5′剪接位点、3′剪接位点和分支位点，它们由剪接体（spliceosome）和众多反式作用剪接因子挑选。但由于剪接位点序列编码的信息含量较低，如何将真正的剪接位点与其他具有相似特征却不应被剪接的序列区分开来，始终困扰着科研人员。此前，虽然通过对酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）的遗传筛选确定了许多影响剪接位点识别严格性的因素，并且提出了动力学校对模型来解释 RNA 解旋酶（RNA helicases）对剪接位点选择的影响，但对于是否能通过直接识别次优前体信使核糖核酸（pre - mRNA）特征更明确地实现剪接位点校对，依然没有定论。
为了解开这些谜团，欧洲分子生物学实验室（European Molecular Biology Laboratory）的研究人员 Nikita Sharaev、Jiangfeng Zhao 和 Wojciech P. Galej 开展了深入研究。他们的研究成果发表在《Cell Research》杂志上，为该领域带来了新的曙光。
研究人员运用了冷冻电镜（cryo - EM）这一关键技术，对不同生物的剪接复合体进行结构解析。他们分别从嗜热毁丝霉（Chaetomium thermophilum，简称 ct）和粟酒裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe，简称 sp）中纯化出天然剪接复合体，并通过冷冻电镜确定其结构。
从嗜热毁丝霉的研究来看，研究人员纯化出与 DEAH 盒解旋酶 DHX15（酿酒酵母中的 Prp43）相关的天然剪接复合体，发现了剪接体的三种不同构象状态。除了主要的内含子套索剪接体（IntronLariat Spliceosome，ctILS）复合体外，还发现了两种具有独特特征的构象，命名为 ctBQ1 和 ctBQ2。这两种构象均经历了催化激活，含有完整的 5′剪接位点，且招募了多个剪接体解聚因子。通过结构分析发现，RNA 解旋酶 DHX35 及其辅助因子 GPATCH1 在其中发挥重要作用。GPATCH1 与剪接体组件形成多种相互作用，招募 DHX35 到剪接体并可能调节其解旋酶活性。DHX35 与 U2 小核 RNA（U2 snRNA）相互作用，似乎通过内含子：U2 snRNA 分支螺旋发生易位，导致其从剪接体活性位点位移。同时，ctB*Q 复合体中 5′剪接位点存在异常几何结构，额外的核苷酸阻碍了分支点腺苷和分支螺旋在活性中心的对接，这解释了这些复合体停滞并被靶向解聚的原因。
在对粟酒裂殖酵母的研究中，研究人员捕获了两种天然剪接复合体，命名为 spBd - 1 和 spB - I1。它们与 ctBQ 复合体相似，都含有 spGPATCH1（Glp1）、spDHX35（Gih35）以及 5′剪接位点的单核苷酸凸起。不同的是，这两种复合体缺少 spDHX15（Prp43），这可能意味着它们在质量控制途径中被捕获的阶段比 ctBQ2 稍早，或者反映了物种特异性差异。
综合两项研究结果，研究人员揭示了剪接体识别次优 5′剪接位点并将其靶向丢弃途径的机制。这一机制表明，质量控制因子可以探测剪接体的活性中心，直接检测异常剪接位点并招募解聚解旋酶。这一概念是全新的，并且与已有的动力学校对模型并不冲突，为理解剪接位点校对机制提供了新的视角。同时，由于 GPATCH1 属于一个较大的蛋白质家族，其中许多成员都影响剪接位点选择，这也为后续研究其他 G - 补丁蛋白在剪接体组装不同阶段或针对不同特征的次优剪接位点的质量控制作用，提供了新的研究方向。
这项研究意义重大，它让我们对基因表达调控过程中的内含子剪接保真度机制有了更深入的理解。这不仅有助于我们从分子层面解析生命活动的基本过程，还可能为相关疾病的研究和治疗提供潜在的靶点和理论依据。未来，随着对这一领域研究的不断深入，或许能够在基因治疗等方面取得新的突破，为人类健康带来更多福祉。
