《剪接體複合物的組裝及工作機理研究》是依託清華大學，由施一公擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：剪接體複合物的組裝及工作機理研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：施一公
- 項目類別：重點項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於技術及硬體的進步，結構生物學近年來取得了一系列重要突破。然而，對於真核生物RNA剪接體(spliceosome)的結構生物學研究卻一直進展緩慢。新轉錄出來的RNA要成為具有執行翻譯功能的mRNA，需要在細胞核內經歷一個非常複雜的剪下和拼接過程。這個過程是由五個小核核糖核蛋白（U1/U2/U4/U5/U6）和一系列輔助蛋白構成的巨大分子機器—剪接體執行的。小核核糖核蛋白主要由一條小核RNA和與之特異性結合的七元環蛋白複合物組成。大部分的七元環複合物是Sm 蛋白七聚體，只有在U6小核核糖核蛋白中為Lsm蛋白七聚體複合物。該申請項目計畫利用結構生物學和生物化學手段，在本課題組已經取得的前期成果基礎上深入研究剪接體的組裝及工作機理，闡明各個小核核糖體的組裝形式以及它們特異識別靶標RNA的分子基礎，力圖攻堅這一結構生物學領域最具挑戰性的課題之一。
結題摘要
RNA剪接是真核生物基因表達的中心步驟。由大分子機器剪接體催化完成。人類超過95%的基因會發生RNA剪接，35%的遺傳紊亂與錯誤的RNA剪接及剪接體相關。研究剪接體催化RNA剪接的分子機理，具有重要的科學意義及套用價值。而獲取剪接體在催化反應各個狀態的三維結構是其必經之路。我的課題組一直致力於剪接體結構與機理的研究。2013年，我們獲得了剪接體U6 snRNP亞複合物晶體結構，隨後，在重點項目資助下，我們開始向解析完整剪接體的高解析度三維結構發起挑戰，取得了一系列重大科研成果。在反覆最佳化樣品製備方案之後，我的課題組於2015年解析了解析度達3.6埃的裂殖酵母剪接體冷凍電鏡結構，這是世界上首個完整剪接體近原子解析度三維結構。包含37個蛋白和4條RNA、分子量高達2MDa以上，完整揭示了剪接體的整體結構及組裝。該結構的核心區域解析度達到3.0埃以內，清晰地揭示了催化活性中心的精細結構，它被中心組分Prp8蛋白錨定在剪接體的中心，由U2、U6、U5三條核內小RNA組成，兩個起催化作用的鎂離子被U6 snRNA的分子內莖環結構配位結合。為揭示剪接體是金屬核酶的本質提供了強有力的證據。隨後，我的課題組開展了對酵母及人源不同狀態剪接體的高解析度結構的研究工作。在釀酒酵母系統中，我們利用內源提取和體外組裝的方法，捕獲了所有8個完全組裝剪接體基本狀態及重要複合物U4/U6.U5 tri-snRNP的三維結構，分別是3.8Å的tri-snRNP 、3.3~4.6Å的pre-B、3.9Å的B、3.5Å的Bact、2.7~3.8Å的B*、3.4Å的C、4.0Å的C*、3.6Å的P和3.5Å的ILS複合物。這些結構完整覆蓋了RNA剪接過程，從分子層面揭示了剪接體催化RNA剪接的機制。在人源剪接體結構研究中，我們利用體外剪接反應捕獲了7個狀態的剪接體的高解析度結構，分別是5.7Å的pre-B、3.8Å的B、3.4~6.5Å的Bact、4.1Å的C、3.7Å的C*、3.0Å的P和2.9Å的ILS複合物，為揭示高等生物剪接體工作機理提供結構基礎。這一系列成果從根本上增進了我們對於真核生物中心法則關鍵步驟的理解，推動了RNA剪接領域的發展，為探索相關疾病的致病機理和藥物開發提供基礎。
