剪接體的精細(xì)結(jié)構(gòu)（來(lái)自“生物谷”）

高中生物浙科版教材中，在基因表達(dá)的內(nèi)容中，重點(diǎn)講述RNA聚合酶和核糖體的作用，而對(duì)“轉(zhuǎn)錄形成的mRNA需要剪切加工，形成成熟的mRNA”，僅僅提到了需要這個(gè)過(guò)程，至于如何進(jìn)行加工的機(jī)理教學(xué)不作要求，教材也沒(méi)有介紹。事實(shí)上，是通過(guò)一種復(fù)合體——剪接體發(fā)揮作用，剪接體的結(jié)構(gòu)和作用的機(jī)理還在研究過(guò)程中。下面通過(guò)學(xué)習(xí)最新研究成果，對(duì)剪接體作一簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)。

一、最新科技成果（來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)）

在分子生物學(xué)上，“中心法則”是描述細(xì)胞最基礎(chǔ)也最核心的生命活動(dòng)基因表達(dá)的一套規(guī)律，于1957年由英國(guó)生物學(xué)家克里克提出，對(duì)中心法則各個(gè)環(huán)節(jié)中重要生物大分子的組成、結(jié)構(gòu)和功能的研究從來(lái)都是生命科學(xué)家們追逐的前沿?zé)狳c(diǎn)。

北京時(shí)間8月21日凌晨，著名的《科學(xué)》雜志在線發(fā)表了清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院施一公教授研究組的兩篇具有里程碑意義的論文，宣布得到了高分辨率的剪接體三維結(jié)構(gòu)和剪接體對(duì)前體信使RNA執(zhí)行剪接的基本工作機(jī)理，從而將分子生物學(xué)的“中心法則”在分子機(jī)理的研究上大幅度向前推進(jìn)。

這兩篇文章的題目分別為“3.6埃的酵母剪接體結(jié)構(gòu)（Structure of a Yeast Spliceosome at 3.6 Angstrom Resolution）”和“前體信使RNA剪接的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（Structural Basis of Pre-mRNA Splicing）”。第一篇文章報(bào)道了通過(guò)單顆粒冷凍電子顯微鏡（冷凍電鏡）方法解析的酵母細(xì)胞剪接體近原子水平分辨率的三維結(jié)構(gòu)，第二篇文章在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了詳細(xì)的分析，闡述了剪接體對(duì)前體信使RNA執(zhí)行剪接的基本工作機(jī)理（如下圖）。清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后閆創(chuàng)業(yè)、醫(yī)學(xué)院博士研究生杭婧和萬(wàn)蕊雪為兩篇文章的共同第一作者，施一公是兩篇文章的通訊作者。 

在施一公獲得的酵母剪接體高分辨率的三維結(jié)構(gòu)中可以看出，剪接體的外形輪廓十分不對(duì)稱，各個(gè)蛋白相互纏繞，形成了分子量和體積巨大的復(fù)合物（如下圖）。

研究過(guò)程：在非常低的溫度下將它們速凍后（冷凍電鏡技術(shù)），研究人員在盡可能接近自然狀態(tài)下觀察這種剪接體單元。依據(jù)成千上萬(wàn)張不同角度的圖片，構(gòu)建出剪接體的三維結(jié)構(gòu)。 

二、對(duì)剪接體的了解（參考有關(guān)的資料）

1．基因表達(dá)過(guò)程

在所有真核細(xì)胞中，基因表達(dá)分三步進(jìn)行，分別由RNA聚合酶（RNA polymerase）、剪接體（Spliceosome）、和核糖體（Ribosome）執(zhí)行。

首先，儲(chǔ)存在遺傳物質(zhì)DNA序列中的遺傳信息必須通過(guò)RNA聚合酶的作用轉(zhuǎn)變成前體信使RNA（precursor messenger RNA，簡(jiǎn)稱pre-mRNA），這一步簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)錄（transcription）；其次，前體信使RNA由多個(gè)內(nèi)含子和外顯子間隔形成，必須通過(guò)剪接體的作用去除內(nèi)含子、連接外顯子之后才能轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓男攀?/span>RNA，這一步簡(jiǎn)稱剪接（splicing）；第三，成熟的信使RNA必須通過(guò)核糖體的作用轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)之后才能行使生命活動(dòng)的各種功能。描述這一過(guò)程的規(guī)律被稱為生物學(xué)的中心法則，其在生命科學(xué)領(lǐng)域具有核心重要性。

2．剪接體的結(jié)構(gòu)組成和作用 

在剪接過(guò)程中形成的剪接復(fù)合物稱為剪接體，剪接體的主要組成是蛋白質(zhì)和小分子的核RNA（snRNA），其大小為60S，它是在剪接過(guò)程的各個(gè)階段隨著snRNA的加入而形成的。也就是說(shuō)在完整的pre-mRNA 上形成的一個(gè)剪接中間體。

剪接體的裝配同核糖體的裝配相似。依靠RNA－RNA、RNA－蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)等三方面的相互作用?？赡鼙群颂求w更復(fù)雜，要涉及snRNA的堿基配對(duì)，相互識(shí)別等。

由多個(gè)核蛋白聚集而成，具有識(shí)別mRNA前體的5'剪接位點(diǎn)、3'剪接位點(diǎn)和分支點(diǎn)的功能。

剪接體作用模式圖

這個(gè)叫做“RNA剪接”的過(guò)程發(fā)生在細(xì)胞核的剪接體中。利用一個(gè)大的蛋白復(fù)合體和短鏈RNA，剪接體能識(shí)別編碼片斷的開(kāi)始和結(jié)束，它能精確地剪切并將片斷縫制在一起。

三、研究的意義