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编码蛋白质的人类基因通常包含称为内含子的非编码片段。去除内含子对于遗传信息的正确表达至关重要。了解我们的细胞如何区分编码和非编码遗传物质对人类健康至关重要。一种被称为小剪接体的特殊分子复合物去除一些罕见但关键的内含子，一些遗传疾病与它的功能障碍有关。EMBL格勒诺布尔大学的Galej小组为次要剪接体功能提供了新的见解，揭示了U11 snRNP的结构-它的一个亚基，启动内含子选择过程。
在人类细胞中，只有一小部分写在基因里的信息被用来制造蛋白质。单元格如何选择这些信息？一种叫做剪接体的大型分子机器不断地将我们基因的编码区和非编码区分开，即使在你阅读这些行时它也在这样做。
剪接体对每个细胞的正常功能至关重要，许多遗传疾病都与剪接体功能问题有关。在大多数真核细胞中，两种类型的剪接体平行地将基因片段拼接在一起：主要剪接体和次要剪接体。
格勒诺布尔EMBL的Galej小组最近在《分子细胞》杂志上发表了关于小剪接体功能的新结构见解。
主要剪接体在细胞中大量存在，已经被广泛研究了四十多年。它分离已久的孪生兄弟——小剪接体——更为稀少，尽管其功能同样重要，但仍是一个谜。在这项新研究中，研究人员揭示了U11 snRNP的结构，U11 snRNP是小剪接体的五个亚基之一，它启动了内含子选择过程。
将基因片段拼接在一起
剪接体帮助细胞从信使RNA （pre-mRNA）的前体中去除大块的非编码遗传信息——称为内含子，信使RNA是负责将遗传信息从DNA转移到蛋白质的分子。剪接体作为一种编辑工具，帮助理解存储在pre-mRNA中的碎片化信息。
大多数基因都有许多属于一类的内含子——主内含子——它们被主剪接体移除。然而，大约0.5%的内含子属于另一类——次要内含子——由次要剪接体处理。
“这些次要内含子非常罕见，但却极其重要，因为它们通常位于维持生命所必需的家政基因中，”Galej集团的博士后、该研究的第一作者赵江峰说。
剪接体是大型的动态rna -蛋白复合物。主剪接体由5个亚基组成，U1, U2, U4， U6和U5小核核糖核蛋白颗粒（snRNPs，读作“snurps”）和大约150种蛋白质，参与剪接过程的不同阶段。次要剪接体具有类似的结构，但其主要构建块不同（U11, U12, U4atac， U6atac和U5 snRNPs）。这些片段究竟是如何组装起来构建小剪接体并帮助它实现其功能的，仍然是一个谜。
由于其固有的动态性质，大型分子机器的结构是出了名的难以确定。对于细胞中稀缺的分子机器来说更是如此，比如小剪接体。“研究这种复合物的最大挑战之一是弄清楚如何从整个细胞内容物中选择性地纯化它，”赵补充说。“一旦我们做到了这一点，我们仍然需要几年的优化才能在成像条件下保持复杂的完整性。”
长期分离的双胞胎：在进化的十字路口
EMBL格勒诺布尔小组组长Wojciech Galej研究mrna前体剪接机制已经超过15年，他在大约7年前首次决定专注于次要剪接——他在2020年获得了ERC启动资助。
当Galej小组开始这个项目时，人们对这种小剪接体知之甚少，即使是现在，也只有少数研究小组在对这种rna -蛋白质复合物进行结构研究。
该研究的通讯作者Wojciech Galej说：“主要剪接体和次要剪接体在进化上是相关的，但是，据我们所知，所有真核生物的最后一个共同祖先很可能已经拥有这两种剪接体。”“这意味着它们在超过15亿年前就分道扬镳了，这是一个非常难以想象的时间尺度。”
利用生物化学和低温电子显微镜，研究人员获得了U11 snRNP复合物的结构，并揭示了它如何识别“5’剪接位点”——内含子的起点——从而在这个精确的位置启动编辑过程。
结果表明，U11 snRNP的结构与主要剪接体的对应亚基U1 snRNP的结构明显不同。Zhao解释说：“不同且更复杂的结构允许U11 snRNP在每个细胞的巨大RNA序列景观中特异性地识别其罕见的底物。”“这就像大海捞针一样。小剪接体已经进化到使用额外的非规范碱基配对相互作用来高保真地实现这一目标。”
确定从哪里开始切割内含子只是剪接体复杂组装途径的第一步。在剪接反应结束之前，至少还需要十几个步骤。对于小剪接体是如何通过这些中间步骤过渡的，我们所知不多。
Zhao说：“这是一个具有挑战性的项目，我们正在取得进展，这是令人鼓舞的，但关于次要剪接体还有很多需要了解的地方。”Zhao于2023年获得了Marie Skodowska-Curie资助，研究次要剪接体活动的其他阶段。
“我们的工作为次要内含子识别机制提供了令人兴奋的新见解，并揭示了剪接机制的进化。它为研究其他小剪接体复合体开辟了新的可能性，”Galej说。“我们的长期目标是了解整个途径在分子水平上是如何工作的，我们希望这项工作和未来的工作将有助于更好地理解与次要剪接体成分相关的遗传疾病的分子基础。”这可能最终导致新的治疗应用。”
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