前體mRNA剪接是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)的復(fù)雜過(guò)程，隨著剪接反應(yīng)的進(jìn)程剪接體復(fù)合物隨之重組和解離。這個(gè)過(guò)程對(duì)于生物機(jī)體基本功能具有重要的意義。近期來(lái)自中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所許瑞明研究組解析了1.9 Å分辨率的Gemin5蛋白N端與snRNA。

底物的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證了Gemin5與snRNA之間的序列特異性結(jié)合模式，并提示了介導(dǎo)兩者相互作用的關(guān)鍵因素。

這一研究成果公布在Genes & Development雜志上，文章的通訊作者是生物物理研究所許瑞明研究員和王明珠副研究員。許瑞明研究員早畢業(yè)于浙江大學(xué)，入選國(guó)家“千人計(jì)劃”，國(guó)家“杰出青年基金”，研究組主要從事基因表達(dá)與調(diào)控的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究。具體研究?jī)?nèi)容又分為基因轉(zhuǎn)錄的表觀遺傳調(diào)控和RNA轉(zhuǎn)錄后加工兩個(gè)方向。

剪接體組裝的基石是5種富含尿嘧啶的小核核糖核酸-蛋白質(zhì)復(fù)合物（U1，U2，U4/ U6和U5 snRNP），它們的核心分別由各自的小核RNA (snRNA)以及結(jié)合在其保守Sm序列上的七個(gè)不同Sm蛋白所組成。snRNP的正確組裝是RNA剪接復(fù)合體形成的必要前題，然而其中的分子機(jī)制并不清楚。

在體內(nèi)，snRNP的組裝需要SMN復(fù)合物的參與。SMN復(fù)合物中的SMN和Gemin2結(jié)合Sm蛋白，Gemin5結(jié)合snRNA。目前關(guān)于后者的機(jī)制認(rèn)識(shí)缺乏，揭示Gemin5與snRNA的作用方式和識(shí)別特征，對(duì)于全面了解SMN復(fù)合物介導(dǎo)snRNP組裝的分子機(jī)制具有重要意義。

許瑞明研究組通過(guò)體外生化實(shí)驗(yàn)確定了Gemin5與U4 snRNA的結(jié)合區(qū)域，并解析了1.9 Å分辨率的Gemin5蛋白N端與snRNA底物的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)顯示，Gemin5蛋白N端形成雙7葉β-螺旋槳狀WD40結(jié)構(gòu)域，橫跨這兩個(gè)WD40頂端的連續(xù)的堿性區(qū)域結(jié)合了U4 snRNA中Sm序列的前六個(gè)堿基。研究還發(fā)現(xiàn)緊鄰Sm序列5’端的一個(gè)腺嘌呤對(duì)于蛋白的結(jié)合也起到重要作用。針對(duì)相關(guān)氨基酸殘基和堿基的一系列定點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了Gemin5與snRNA之間的序列特異性結(jié)合模式，并提示了介導(dǎo)兩者相互作用的關(guān)鍵因素。

由于WD40結(jié)構(gòu)域是近年來(lái)鑒定的新型RNA結(jié)合蛋白，因此這項(xiàng)工作的另一個(gè)重要意義在于首次揭示了串聯(lián)WD40結(jié)構(gòu)域RNA之間直接的相互作用方式。

去年，清華大學(xué)的研究組報(bào)道了通過(guò)單顆粒冷凍電子顯微技術(shù)（冷凍電鏡）解析的酵母剪接體近原子分辨率的三維結(jié)構(gòu)，并在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了詳細(xì)分析，闡述了剪接體對(duì)前體信使RNA執(zhí)行剪接的基本工作機(jī)理。

這一研究對(duì)剪接體近原子分辨率結(jié)構(gòu)的解析，不僅初步解答了這一基礎(chǔ)生命科學(xué)領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)備受關(guān)注的核心問(wèn)題，又為進(jìn)一步揭示與剪接體相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)理提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和理論指導(dǎo)。