清華大學(xué)施一公研究組在《自然》發(fā)表論文
闡述Lsm蛋白質(zhì)復(fù)合物特異性識(shí)別剪切體U6 RNA的分子機(jī)制
清華新聞網(wǎng)11月18日電 11月17日，清華大學(xué)生命學(xué)院施一公教授研究組在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》在線(xiàn)發(fā)表了題目為Crystal structures of the Lsm complex bound to the 3’ end sequence of U6 small nuclear RNA（Lsm蛋白質(zhì)復(fù)合體結(jié)合U6小核RNA 3’末端序列的晶體結(jié)構(gòu)）的研究論文，首次報(bào)道了Lsm2-8蛋白質(zhì)復(fù)合物自組裝的晶體結(jié)構(gòu)及其特異識(shí)別U6小核RNA 3’末端序列的分子機(jī)制。清華大學(xué)生命學(xué)院博士生周麗君和醫(yī)學(xué)院博士生杭婧為該論文的共同第一作者。
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圖示Lsm2-8復(fù)合物與U6 RNA的特異性識(shí)別。
在真核生物中，執(zhí)行翻譯功能的信使RNA(messenger RNA)在細(xì)胞核內(nèi)的成熟需要經(jīng)歷一個(gè)非常復(fù)雜的剪切和拼接過(guò)程，這個(gè)過(guò)程主要是由五個(gè)小核核糖核蛋白（small nuclear ribonucleoproteins, snRNP）和一系列的輔助蛋白構(gòu)成的巨大分子機(jī)器——剪切體（spliceosome）執(zhí)行的。每種snRNP都由一條小核RNA（small nuclear RNA）和與之特異性結(jié)合的七元環(huán)蛋白質(zhì)復(fù)合物組成。大部分的七元環(huán)復(fù)合物是Sm 蛋白質(zhì)七聚體，只有在U6小核核糖核蛋白中為L(zhǎng)sm蛋白質(zhì)七聚體復(fù)合物。Lsm蛋白家族有十多個(gè)成員，在各個(gè)物種中高度保守，參與各種與RNA代謝相關(guān)的信號(hào)通路。在真核細(xì)胞中，組成U6 小核核糖核蛋白的蛋白質(zhì)復(fù)合物是Lsm2/3/4/5/6/7/8。它能夠特異地識(shí)別U6 RNA的3’末端序列，并幫助U6 RNA與剪切體其他成員相互作用，催化RNA的剪接過(guò)程。
在這篇研究論文中，施一公研究組通過(guò)特殊的蛋白質(zhì)表達(dá)手段獲得了均一性和穩(wěn)定性良好的自組裝Lsm蛋白質(zhì)復(fù)合物，克服了傳統(tǒng)Lsm蛋白提取方法對(duì)蛋白質(zhì)造成的潛在變性危害。在此基礎(chǔ)上，作者對(duì)蛋白質(zhì)復(fù)合物和RNA片段進(jìn)行了共結(jié)晶，結(jié)合結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)的分析手段，揭示了Lsm2-8七聚體蛋白質(zhì)復(fù)合物特異性識(shí)別U6 snRNA末端的分子機(jī)制。Lsm2-8蛋白質(zhì)復(fù)合物中的四個(gè)亞基Lsm4/8/2/3分別使用兩個(gè)保守的序列模式特異性地把U6 RNA 3’末端4個(gè)尿嘧啶錨定在七聚體圓環(huán)形成的中間空腔內(nèi)，其中Lsm3識(shí)別最末位的尿嘧啶核苷酸。有趣的是，當(dāng)這個(gè)核苷酸被截去之后，Lsm3仍可以以及其相似的識(shí)別模式錨定最后一個(gè)尿嘧啶，引起整個(gè)結(jié)合序列的后移。除與Lsm4相鄰的Lsm7對(duì)RNA的結(jié)合貢獻(xiàn)了微弱的氫鍵以外，其他兩個(gè)亞基并沒(méi)有直接參與到RNA識(shí)別中去。這一創(chuàng)造性的新發(fā)現(xiàn)首次從三維晶體結(jié)構(gòu)上描述和解釋了Lsm蛋白對(duì)U6 RNA的“末端識(shí)別”模式。
由于剪接通路的動(dòng)態(tài)復(fù)雜性，自1993年基因剪接的發(fā)現(xiàn)被授予了諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)以來(lái)，科學(xué)家們?nèi)栽诓铰木S艱地探索著其中的奧秘。此課題的完成攻克了世界上多個(gè)研究組感興趣的難題，將7個(gè)不同蛋白質(zhì)共同表達(dá)并結(jié)晶。為此領(lǐng)域的相關(guān)研究提供了新的設(shè)計(jì)思路和研究方法。
Lsm蛋白質(zhì)復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)的解析是施一公研究組首次在RNA剪接通路中取得的重大進(jìn)展，為更好地理解真核生物剪接體的功能實(shí)現(xiàn)和揭示生命現(xiàn)象的基本原理奠定了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。
供稿：生命學(xué)院 編輯：襄樺
