施一公在《科學》同一期發表兩篇論文，這是第二次！

2016年7月22日，生命科學聯合中心施一公研究組於《科學》（Science）雜誌就剪接體的結構與機理研究發表兩篇長文（Research Article），題目分別為《酵母剪接體激活狀態3.5埃的結構》（Structure of a Yeast Activated Spliceosome at 3.5 A Resolution）和《第一步催化反應後的酵母剪接體3.4埃的結構》（Structure of a Yeast Catalytic Step I Spliceosome at 3.4 A Resolution），報道了釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）剪接體激活和剪接反應催化過程中兩個重要狀態的剪接體複合物近原子解析度的三維結構，闡明了剪接體的激活和催化機制，從而進一步揭示了前體信使RNA剪接反應（pre-mRNA splicing，以下簡稱RNA剪接）的分子機理。

RNA剪接是真核生物從DNA到蛋白質信息傳遞中心法則的關鍵一環。其主要執行者是一個極其複雜的分子機器——剪接體。通過剪接反應，前體信使RNA中數量、長度不等的內含子被剔除，剩下的外顯子按照特異順序連接起來從而形成成熟的信使RNA（mRNA），進一步在核糖體的催化下被翻譯成蛋白質。RNA剪接的化學本質就是前體信使RNA經歷兩步轉酯反應完成剪和接在兩個關鍵步驟，而每一步都需要由剪接體催化完成。

剪接體是一個由大量蛋白因子介導、核酸（RNA）催化的金屬核酶（protein-directed metalloribozyme）。在剪接反應過程中，組成剪接體的蛋白質-核酸複合物及剪接因子按照高度精確的順序進行結合和解聚，並伴隨大規模的結構重組，組裝成一系列具有不同組分和構象的統稱為剪接體的分子機器，根據它們在RNA剪接過程中的生化性質，這些剪接體又被人為區分為B、Bact、B*、C、P、ILS等若干狀態。獲取剪接體在激活及催化反應過程中不同狀態的結構是最基礎也是最富挑戰性的結構生物學難題之一。2015年8月，施一公研究組率先突破，在世界上首次報道了裂殖酵母剪接體處於ILS狀態的3.6埃高解析度結構。

在最新發表的兩篇《科學》論文中，施一公研究組進一步探索並優化了蛋白提純方案，捕獲了性質良好的釀酒酵母剪接體分別處於激活狀態（activated spliceosome，又稱為Bact complex）和第一步催化反應後（catalytic step I spliceosome，又稱為C complex）的優質樣品，並利用單顆粒冷凍電鏡技術和高效的數據分類方法，重構出了總體解析度分別為3.5和3.4埃的兩個高解析度冷凍電鏡結構，並搭建了原子模型（圖1，2）。這兩個複合物近原子解析度三維結構的解析，首次完整地展示了第一步轉酯反應前後pre-mRNA和起催化作用的snRNA的反應狀態，以及剪接體內部蛋白組分的組裝情況。尤為值得一提的是，催化核心區域的解析度達到了2.8至3.0埃，清晰的展示出剪接反應中心的結構信息，為解釋剪接體對pre-mRNA splicing的催化機制提供了迄今最為清晰的關鍵證據。

如上兩個結構與該研究組之前報道的ILS剪接體及2016年1月報道的3.8埃的釀酒酵母tri-snRNP結構的對比更為深刻的揭示了剪接體在pre-mRNA剪接反應過程中作為核酶催化完成兩步轉酯反應的本質，是RNA剪接研究領域的又一突破性進展。

清華大學醫學院三年級博士生萬蕊雪、生命學院博士後閆創業、生命學院一年級博士生白蕊為兩篇文章的共同第一作者；生命學院一年級博士黃高興宇為第二篇文章的共同第一作者；施一公為通訊作者。電鏡數據採集於清華大學冷凍電鏡平台，計算工作得到清華大學高性能計算平台、國家蛋白質設施實驗技術中心(北京)、聯想高性能計算、以及榮之聯董事長王東輝先生的支持。本工作獲得了北京結構生物學高精尖創新中心及國家自然科學基金委的經費支持。

圖1 Bact complex電鏡密度及三維結構示意圖

圖2 C complex電鏡密度及三維結構示意圖

圖3 剪接反應機理圖解

實際上，2015年8 月 21 日，他的研究組在《科學》（Science）上同時在線發表了兩篇研究長文報道剪接體的三維結構並闡述 RNA 剪接的分子結構基礎。題目分別為「3.6埃的酵母剪接 體結構」（Structure of a Yeast Spliceosome at 3.6 Angstrom Resolution）和「前體信使 RNA剪接的結構基礎」（Structural Basis of Pre-mRNA Splicing）。

2015年8 月 18 日，該團隊還在《自然》在線發表了題為《人源γ- 分泌酶的原子解析度結構》的文章，為理解老年痴呆症發病機理提供重要基礎。論文發表後，施一公表示：「這項研究成果的意義很可能超過了我過去 25 年科研生涯中所有研究成果的總和。」

在2016年1月，又發表了U4/U6.U5 tri-snRNP的3.8埃結構，文章在Science上。

哎，都成為Science專業戶了。

原始出處：

Chuangye Yan*, Ruixue Wan*, Rui Bai*, Gaoxingyu Huang, Yigong Shi. Structure of a yeast catalytically activated spliceosome at 3.5 ? resolution.Science 21 Jul 2016: DOI: 10.1126/science.aag0291

Ruixue Wan*, Chuangye Yan*, Rui Bai*, Gaoxingyu Huang*, Yigong Shi.Structure of a yeast catalytic step I spliceosome at 3.4 ? resolution.Science 21 Jul 2016: DOI: 10.1126/science.aag2235

Wan R, Yan C, Bai R, Wang L, Huang M, Wong CC, Shi Y. The 3.8 ? structure of the U4/U6.U5 tri-snRNP: Insights into spliceosome assembly and catalysis. Science. 2016 Jan 29;351(6272):466-75.

Yan C, Hang J, Wan R, Huang M, Wong CC, Shi Y. Structure of a yeast spliceosome at 3.6-angstrom resolution. Science. 2015 Sep 11;349(6253):1182-91.

Hang J, Wan R, Yan C, Shi Y. Structural basis of pre-mRNA splicing. Science. 2015 Sep 11;349(6253):1191-8

Bai XC, Yan C, Yang G, Lu P, Ma D, Sun L, Zhou R, Scheres SH, Shi Y. An atomic structure of human γ-secretase. Nature. 2015 Sep 10;525(7568):212-7.

Yan Z, Bai XC, Yan C, Wu J, Li Z, Xie T, Peng W, Yin CC, Li X, Scheres SH, Shi Y, Yan N. Structure of the rabbit ryanodine receptor RyR1 at near-atomic resolution. Nature. 2015 Jan 1;517(7532):50-5.

Lu P, Bai XC, Ma D, Xie T, Yan C, Sun L, Yang G, Zhao Y, Zhou R, Scheres SH, Shi Y. Three-dimensional structure of human γ-secretase. Nature. 2014 Aug 14;512(7513):166-70.

Zhou L, Hang J, Zhou Y, Wan R, Lu G, Yin P, Yan C, Shi Y. Crystal structures of the Lsm complex bound to the 3 end sequence of U6 small nuclear RNA. Nature. 2014 Feb 6;506(7486):116-20

Yin P, Li Q, Yan C, Liu Y, Liu J, Yu F, Wang Z, Long J, He J, Wang HW, Wang J, Zhu JK, Shi Y, Yan N. Structural basis for the modular recognition of single-stranded RNA by PPR proteins. Nature. 2013 Dec 5;504(7478):168-71

Wang T, Fu G, Pan X, Wu J, Gong X, Wang J, Shi Y. Structure of a bacterial energy-coupling factor transporter. Nature. 2013 May 9;497(7448):272-6.

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