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人体的每个细胞都依赖DNA发出的精确指令才能正常运作，这些指令被转录成RNA，随后经历一个称为剪接的关键编辑过程。在剪接过程中，RNA的非编码片段被去除，其余的编码序列进行拼接，进而形成不同的蛋白质。绝大多数的人类基因存在可变剪接（Alternative splicing，AS）现象，它在细胞分化和稳态调节中起着重要作用，而剪接异常或错误可能导致多种疾病的发生和发展。
剪接体是真核细胞中最复杂的分子机器之一，负责从pre-mRNA中移除内含子实现RNA剪接，其由五个小核核糖核蛋白（U1、U2、U4、U5和U6 snRNP；U4/U6.U5组成一个三snRNP复合物）和超过100种蛋白质组成。这些成分通过一系列的动态组成和构象转换组装在每个内含子上，进行两次RNA催化的转酯化反应，最终去除内含子并将外显子连接在一起。然而，剪接体的众多组分的具体功能及其影响可变剪接的独特调控机制仍是一个未解之谜。
近日，来自巴塞罗那科学技术研究所基因组调控中心的研究团队在Science上发表了题为Transcriptome-wide splicing network reveals specialized regulatory functions of the core spliceosome的研究论文，该研究对人类癌细胞中超过300个剪接体组分和剪接调控因子进行siRNA敲减和转录组测序，系统全面地分析了不同类型可变剪接的剪接因子功能网络，成功构建了首个人类剪接体图谱。该研究加深了我们对剪接体如何通过其复杂的组成和动态变化来调控剪接位点选择的理解，为剪接失调相关疾病靶向治疗策略的开发和利用提供了科学依据和理论参考。正如通讯作者Juan Valcarcel教授所言，“我们过去将剪接体简单理解为剪切和粘贴的工具，而现在我们可以知道剪接体的组分宛如细胞中的灵活凿子，可以精确地雕刻遗传信息。准确了解每个部分的功能，我们便能从全新的角度应对各种疾病。”
主要研究结果
1、不同剪接因子的调控模式不同。
研究发现，不同的剪接体成分在调控可变剪接过程中具有显著差异，例如早期剪接复合物中的U1和U2 snRNP成分在外显子跳跃的选择方面发挥关键作用，而涉及剪接晚期过程的复合物（如U4/U6.U5复合体和RES复合体）则更多地影响内含子保留。这表明，剪接体的不同子复合物对剪接调控的具体机制存在明显的分工。
图1：不同剪接因子的调控模式不同
2、剪接因子调控网络广泛而复杂。
通过比较不同敲低情况下的剪接情况，研究揭示了剪接因子之间复杂的交叉调控关系。剪接因子的调控功能往往不是发挥单一的作用或者受到单一因素的影响，而是与其他剪接体相互作用，共同决定遗传信息如何处理，最终影响蛋白质的多样性。例如，单个可变剪接事件的发生通常受到多个剪接因子的影响，不同事件的调控因子组合和优先级存在显著差异。特别是某些剪接因子（如SF3B1、CWC22）对多个其他剪接因子的表达或剪接模式产生重要影响，形成了广泛而复杂的多层次交叉调控网络。
图2：剪接因子调控网络广泛而复杂
3、剪接因子复合物的结构与功能相关。
研究结果表明，剪接体的复合物结构对于可变剪接事件的发生至关重要。U4/U6.U5三元snRNP复合体的结构形成直接影响了剪接位点的选择，使其在外显子跳跃和内含子保留事件中呈现出不同的剪接模式。此外，研究还发现了U1 snRNP中的蛋白成分在剪接事件中存在前所未有的分工，例如U1A蛋白在可变5'剪接位点中起作用，而在外显子形成过程中并不重要。这一发现说明了剪接体核心成分在不同类型可变剪接事件中可以发挥特定功能，体现了剪接体在调控可变剪接的精确度和灵活性。
图3：剪接因子复合物的结构与功能相关
4、剪接体具有动态调控能力。
通过构建剪接因子功能网络，研究人员进一步确认了剪接体在剪接周期不同阶段的调控潜力。早期复合物（如U1和U2 snRNP）的成分在调控选择性剪接事件时表现出更强的网络连接性，而在后续的剪接体重组和催化阶段，网络连接性逐渐减弱。这一现象表明剪接体的组装及构象变化过程对于不同剪接类型的选择性调控也具有重要意义。有趣的是，研究发现可变剪接事件的调控还与基因在细胞核中的定位有关。某些剪接因子对位于核中心（核斑点）或周边区域（核纤层）基因的可变剪接事件显示出不同的调控效果，并且这些差异与基因序列的特定调控特征密切相关。
图4：剪接体具有动态调控能力
本研究首次构建了全面的人类剪接体调控网络图谱，通过深入挖掘剪接体成分在可变剪接事件中的独特功能，揭示了广泛而复杂的交叉调控机制。研究结果不仅展示了剪接体在基因表达调控中的核心作用，还为解析病理状态下的异常剪接机制提供了新的视角。该研究有助于探索特定剪接事件的调控因子，为未来的癌症或疾病等相关研究提供了理论支持，同时也为精准医疗及剪接调控药物的设计提供了潜在的应用方向，进一步推动了剪接调控领域的前沿发展。正如同为通讯作者的Malgorzata Rogalska博士所言，“目前的剪接疗法主要是针对罕见病，但它们只是冰山一角。未来我们有望在转录水平上解决疾病问题，开发改善疾病的药物，而不仅仅是对症下药。我们开发的图谱为全新的治疗方法铺平了道路，而用于医疗只是时间问题。”
参考文献：
Rogalska M E, Mancini E, Bonnal S, et al. Transcriptome-wide splicing network reveals specialized regulatory functions of the core spliceosome[J]. Science, 2024, 386(6721): 551-560.
https://doi.org/10.1126/science.adn8105
https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241031151843.htm
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