清華施一公院士Science同日發表兩篇文章

　　 7月21日，清華大學的施一公（Yigong Shi）院士課題組再度在剪接體研究中取得重大突破，兩篇姊妹研究論文同期發表在《科學》（Science）雜志。

　　在去年8月20日的Science雜志上，施一公團隊也同期發表了兩篇姊妹研究論文。在第一篇文章中研究人員報道稱，采用單顆粒冷凍電子顯微鏡獲得了分辨率為3.6埃的裂殖酵母剪接體的三維結構。在第二篇文章中研究人員闡明了剪接體剪接前體mRNA（pre-mRNA）的機制。

　　2016年開年，施一公院士領導清華大學生命科學學院、中科院上海生命科學研究院的研究人員報告稱，他們獲得了分辨率為3.8埃的U4/U6.U5 三小核核糖核蛋白復合物（U4/U6.U5 tri-snRNP）三維結構，由此提供了有關剪接體組裝和催化的新見解。研究結果發布在1月7日的Science雜志上。

　　這些研究工作將分子生物學的“中心法則”在分子機理上的研究上大幅度向前推進，是我國科學家在生命領域做出的重大原創性突破。

　　DNA是所有生物體遺傳信息的載體。稱之為基因的DNA特定區域，包含著裝配蛋白質所需的信息。在真核生物中，大多數的基因是以一種嵌合樣的模式構成：編碼蛋白質的DNA部分與所謂的非編碼部分間隔交錯。為了編碼生成蛋白質，首先基因必須轉錄為pre?mRNA。隨后將這一RNA分子中的非編碼部分去除，將編碼部分拼接到一起，就生成了所謂的信使RNA（mRNA），這一成熟的RNA指導了蛋白質合成。而至關重要的RNA成熟過程就被稱之為“RNA剪接”。 RNA剪接是一個至關重要的生物學機制，至少15%的人類疾病是由于剪接錯誤所致。RNA剪接過程是通過一種叫做剪接體的高度復雜的分子機器來完成。

　　剪接體是一個動態的、復雜的RNA-蛋白質大分子復合物，沉降系數大約為60S，由U1, U2, U4, U5和U6等5個核內小核糖核蛋白（snRNP）和多種其他蛋白質所組成。每個snRNP包含一條核內小RNA（snRNA）和數個或十多個蛋白質。

　　在剪接反應過程中，組成剪接體的大量蛋白質和核酸分子按照高度精確的順序進行結合和解聚，在此過程中伴隨大規模的結構重組。首先，U1結合至內含子的5’拼接點形成復合物E，然后U2結合至分支點（branch site,BS）形成復合物A，接下來U4/U6.U5三聚snRNP裝配上去形成復合物B。伴隨著U1、U4的陸續解離，剪接體最終成為處于激活狀態的復合物Bact和具有催化活性的復合物B*。U6/U2催化酯轉移反應，5’拼接點斷開，內含子形成套索結構，標志著第一階段催化反應的完成，形成包含有U2、U5、U6和內含子套索的復合物C。接下來完成第二階段的酯轉移反應，內含子3’位點斷開，外顯子連接在一起。

　　在最新的這篇題為“Structure of a yeast catalytically activated spliceosome at 3.5 ? resolution”的Science文章中，研究人員稱采用冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)確定了來自釀酒酵母的催化激活剪接體（復合物Bact）的原子結構，平均分辨率達到3.52埃。最終定義的模型包含U2、U5 snRNP，U6 snRNA、NTC、NTC related (NTR)和一條包含71個核苷酸前體mRNA(Pre-mRNA)分子，38個蛋白總共13,505個氨基酸，結合分子量近1.6兆道爾頓。這一結構與早先確定的那些結構勾勒出了前體mRNA剪接反應的一個分子框架。

　　在第二篇題為“Structure of a yeast catalytic step I spliceosome at 3.4 ? resolution”的Science文章中，研究人員報告稱采用冷凍電子顯微鏡獲得了平均分辨率為3.4埃的釀酒酵母催化第一階段剪接體（復合物C）的原子結構。研究揭示的結構特征描述出了第一階段催化反應后剪接體的形成，預測了完成第二階段酯轉移反應所需的結構改變。

　　施一公教授是國際著名的結構生物學家，在細胞凋亡、大分子機器、膜蛋白研究領域占據國際領先地位。曾榮獲國際賽克勒生物物理學獎、香港求是基金會杰出科學家獎、談家楨生命科學終身成就獎、瑞典皇家科學院愛明諾夫獎等多個國內外大獎。2008年施一公放棄國外的優厚條件選擇回國，在Nature、Science等國際頂級期刊上發表了多篇論文，同時他也搭建起了以清華大學為中心的人才引入橋梁。現擔任中國科學院院士、美國科學院外籍院士和美國藝術與科學院外籍院士。

　　本月，施一公還領導清華大學生命科學學院的研究人員報告稱，采用冷凍電鏡獲得了平均分辨率為3.5埃（3.5 ?）的人類26S蛋白酶體結構，構建出了核心顆粒(CP)中28個亞基及調節顆粒（RP）中18個亞基的原子模型。此外，他們還用冷凍電鏡確定了結合去泛素化酶USP14的人類蛋白酶體的結構，分辨率達到4.35埃（?）。這些結構為了解真核生物蛋白酶體的功能機制提供了一個框架。這一研究成果發布在7月18日的Nature Structural & Molecular Biology雜志上。