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施一公组首次报道人源剪切体原子分辨率结构

来源:www.timetimetime.net 时间:2019-11-14 编辑:生活语录

资料来源:清华大学结构生物学高级创新中心发布日期:2017/5/12 10:0336016

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石龚毅集团首次报道人体剪刀原子分辨率结构

2017年5月12日。清华大学生命研究所和结构生物学高级创新中心的石龚毅研究小组在《细胞》(细胞)在线发表了一份题为《人源剪接体的原子分辨率结构》(人类剪接体的原子结构)的报告 这是第一个高分辨率的人类剪接体结构,也是第一次在接近原子分辨率的尺度上观察到除酵母以外的高等生物的剪接体结构。它进一步揭示了剪接体的组装和工作机制,为理解高等生物的核糖核酸剪接过程提供了重要依据。

在真核细胞中,大多数基因是不连续的,它们的外显子被称为“内含子”的非编码序列划分 在基因表达的过程中,内含子需要通过“剪刀”和“接头”两种化学反应被去除,这样编码区就可以连接成不同的信使核糖核酸 由于内含子的边界和数量不同,同一基因在剪接后可以产生多种编码蛋白质的基因。 核糖核酸剪接是所有真核生物的独特过程,是真核生物“中心法则”的关键步骤之一,也是真核生物复杂性的重要分子基础。 核糖核酸剪接过程必须高度准确,任何错误都可能导致基因表达异常,甚至疾病的发生。 据统计,三分之一以上的遗传病与核糖核酸剪接异常有关。

核糖核酸剪接是由剪接体完成的复杂生理过程 剪接体是细胞中已知的最复杂的大分子机器。它的分子量很大,具有很强的动态性。它主要由蛋白质-核酸复合物组装而成(RNP)。它完成了前体信使核糖核酸(pre-mRNA)的识别、组装、活化、催化等一系列过程,最后在反应完成后解离成许多小的功能单元,进入下一个反应周期。 根据剪接体的组成和构象,剪接体可分为e、a、B、Bact、B*、C、C*、p、ILS等几种状态。(图1)

图1。拼接反应过程示意图

(图片修改自Janine,2012)

分析剪接体的高分辨率结构对于理解剪接反应的机理非常重要。 2015年8月,石龚毅研究小组率先分析了世界上酵母剪接体的高分辨率结构。2016年,先后报道了不同工作条件下酵母剪接体的高分辨率结构,提供了迄今为止最全面、最清晰的剪接体结构信息,揭示了核糖核酸剪接的分子基础,极大地推动了这一领域的发展。

然而,与酵母剪接体相比,以人类为代表的高等生物剪接体的组成、组装和调控更加复杂,由于组成的复杂性和构象的不稳定性,剪接体的结构研究也比较缓慢。 由于1/3以上的人类遗传病与剪接过程中的错误直接相关,分析人类剪接体的结构不仅有助于了解剪接反应的化学性质,而且有助于了解某些疾病的发病机制,为剪接体相关药物的研发提供可能。 因此,人体拼接体的结构分析是一个极其重要和迫切需要解决的问题。

在《细胞》的最新一篇长论文中,石龚毅研究小组利用修饰的前基因在体外组装人体剪接体,将剪接反应锁定在第一反应后和第二反应前的状态,即C*状态 由于人剪接体非常不稳定,研究人员使用化学交联剂在温和条件下固定剪接体,成功获得稳定的人剪接体样品,并使用单粒子冷冻电子显微镜重建3.8埃的近原子分辨率结构(图2和3)

图2。人体接合器

图3的结构图。人接合器和酵母接合器

在这种结构中,接合器核心区域的分辨率高达3.0-3.5埃,清楚地显示了由20多种蛋白质和核糖核酸组成的催化反应中心的结构(图4) 同时,他们观察到与第二步反应密切相关的剪接因子的特殊构象,这对稳定反应中心和催化第二步酯交换反应至关重要。 该结构的分析为揭示剪接体的构象变化和反应第二步中3个剪接位点的鉴定提供了重要的结构基础。

图4人类剪接体的催化中心和调控机制

施一公教授是本文的作者。PTN项目15级博士生张晓风、结构生物学高级创新中心杰出学者严创业和医学院博士生杭静是本文的共同主要作者。严创业也是本文的合着者。生命学院博士后洛伦佐芬奇(Lorenzo I. Finci)参与了这项研究。清华大学冷冻电子显微镜平台主任研究员雷建林协助数据收集。平台工作人员李小梅和李肖敏在数据收集过程中提供了协助。本课题得到清华大学冷冻电子显微镜平台、高性能计算平台和国家蛋白质设施实验技术中心(北京)的大力支持。这项工作主要由北京结构生物学高级创新中心资助,国家自然科学基金和科技部资助。

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(17)-7

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石龚毅等人在《科学》

石龚毅研究集团在《科学》

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