剪接體的結構機制是 Cryo-EM 在大型動態 RNP 複合體應用的典範。
催化中心的 RNA 架構
U2 和 U6 snRNA 形成的催化核心包含:(1) U6 的 ACAGAGA box 與 5' splice site 配對;(2) U2-U6 helix I 形成的 catalytic triplex(三個連續的 Hoogsteen-type base triples with Mg²⁺ coordination)。兩個催化 Mg²⁺ 離子(M1 和 M2)定位在 catalytic triplex 中,與 Group II intron 和蛋白質 splicing endonuclease 的 two-metal-ion mechanism 完全類似。這提供了最強的結構證據:spliceosome 是一個 ribozyme——RNA 是催化者,蛋白質是結構和動態調節者。
Cryo-EM 捕捉的構象態全景
Shi 實驗室(施一公, 清華/西湖大學)以酵母 S. cerevisiae 和人類 spliceosome 系統性解析了從 B^act 到 P 複合體的幾乎所有中間態(平均解析度 ~3-4 Å)。關鍵觀察:(1) Prp16 和 Prp22(DEAH-box RNA helicases)以 ATP 驅動構象重排,是「RNA remodeling engine」;(2) 5' exon 在整個反應中被 U5 snRNA loop 1 穩定;(3) 第一步到第二步的轉變涉及 branch helix 的重新定位(~20 Å 移動)。
剪接在疾病和治療中的角色
SF3B1 突變是 MDS(骨髓增生不良症候群)和 CLL 中最常見的剪接因子突變。Pladienolide B 及其衍生物(E7107, H3B-8800)靶向 SF3b 複合體的 PHF5A-SF3B1 界面——Cryo-EM 結構(Cretu et al., 2018, Mol. Cell)揭示了藥物的確切結合位點和作用機制(穩定 branch-point A 的 pre-docked 構象)。Risdiplam(見 RNA 結構條目)則靶向 SMN2 pre-mRNA 與 U1 snRNP 的界面。
文獻參考:Yan, C. et al. (2015). Science, 349, 1182-1191. / Galej, W.P. et al. (2016). Nature, 537, 197-201. / Fica, S.M. et al. (2013). Nature, 503, 229-234.
