西湖大學施一公團隊新進展：解析人類pretRNA剪接機制

　　從tRNA前體 (pre-tRNA)中去除內含子在生命的三個王國中都是必不可少的。在人類中，這一過程是由tRNA剪接內切酶(TSEN)介導的，包括四個亞基：TSEN2、TSEN15、TSEN34和TSEN54。

　　2023年4月6日，西湖大學施一公團隊在Molecular Cell （IF=19）在線發表題為“Structural basis of pre-tRNA intron removal by human tRNA splicing endonuclease”的研究論文，該研究揭示了人tRNA剪接核酸內切酶去除tRNA前體內含子的結構基礎。該研究報道了人TSEN在催化前和催化后的平均分辨率分別為2.94和2.88 ?下與全長pre-tRNA結合的冷凍電鏡結構。

　　人體TSEN具有一個延伸的表面凹槽，容納l型的pre-tRNA。pretRNA的成熟結構域由TSEN34、TSEN54和TSEN2的保守結構元素識別。這種識別定位pre-tRNA的反密碼子莖，并將30剪接位點和50剪接位點分別放置在TSEN34和TSEN2的催化中心。大部分內含子序列與TSEN沒有直接的相互作用，這解釋了為什么不同內含子的pre-tRNAs可以被容納和裂解。該結構揭示了TSEN pre-tRNA裂解的分子尺機制。

　　轉運RNA (tRNA)對于遺傳信息的流動至關重要，它允許核糖體將mRNA翻譯成蛋白質。成熟tRNAs是由tRNAs前體 (pre-tRNAs)通過一系列轉錄后處理和修飾步驟生成的。在生命的三個王國中，對于pre-tRNAs的一個子集，內含子序列都存在，必須通過剪接去除。在人類基因組中預測的tRNA基因中，至少有28個含有長度和序列不同的內含子。在古生菌和真核生物中，內含子通過tRNA剪接內切酶(TSENs)去除，然后通過涉及特定tRNA連接酶的多步驟過程連接兩個釋放的外顯子。

　　真核生物TSEN包括兩個催化亞基TSEN34和TSEN2，兩個結構亞基TSEN54和TSNE15，TSEN34和TSEN2分別在30剪接位點(30SS)和50剪接位點(50SS)切割pre-tRNA。在哺乳動物中，多核苷酸激酶CLP1與TSEN共純化。盡管CLP1在體外tRNA切割前是可有可無的，但CLP1和所有TSEN亞基的突變已與tRNA代謝改變和神經病變相關。

機理模式圖（圖源自Molecular Cell ）

　　自從20世紀70年代發現tRNA內含子以來，廣泛的生化和晶體學研究中對各種類型的TSENs的pre-tRNA裂解有了相當大的了解。特別地，古生菌TSEN與隆起-螺旋-隆起(BHB) RNA基序復合物的結構揭示了一些關鍵的相互作用，這些相互作用是pre-tRNA識別和切割所必需的。然而，關于真核生物TSEN的結構信息出現緩慢，嚴重限制了對pre-tRNA裂解機制的理解。例如，TSEN被認為采用分子尺機制來識別pre-tRNA的兩位點切割，但由于缺乏被TSEN結合的全長pre-tRNA的結構信息，其基礎仍不充分。此外，四個TSEN亞基是如何被組織成一個完整的、具有兩個獨立活性位點的內切酶的仍不清楚。

　　該研究報道了人類TSEN與全長pre-tRNA結合的兩個高分辨率結構：一個處于催化前狀態，另一個處于催化后狀態。為了捕捉預催化狀態，作者在TSEN中引入了兩個錯意突變：TSEN34中的H255A和TSNE中的H377A。總之，該研究的人類TSEN/CLP1/pretRNA復合物在催化前和催化后狀態下的結構為理解pre-tRNA剪接的機制提供了一個框架。

　　原文鏈接：

　　https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(23)00205-8