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题目：Mechanism for the initiation of spliceosome disassembly
期刊：Nature
IF：69.504
发表时间：2024年6月26日
通讯作者单位：维也纳生物中心
DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07741-1
主要内容：
前体信使 RNA 通过称为剪接体的 RNA-蛋白质组装体被编辑成最终形式。结构证据提供了关于剪接体在其工作完成后如何被拆解的见解。
长期以来，科学家们一直试图了解称为剪接体的细胞机制——一种RNA和蛋白质的复合物，在称为pre-mRNA剪接的编辑反应中处理前体信使RNA——如何在剪接完成后管理其“生命终结”事务。作者提供结构、生化和遗传数据的组合，提供一些答案。
Pre-mRNA 剪接从 pre-mRNA 中去除称为内含子的非蛋白质编码 RNA 序列，形成成熟的 mRNA，这些 mRNA 可以从细胞核中输出并用于编码蛋白质。剪接是由剪接体催化的，这种大型复合物包括 5 个小核 RNA （snRNA） 和 100 多种不同的蛋白质成分。
剪接体在每个前 mRNA 上重新组装，经过组装、激活、催化和拆解等阶段，以去除内含子并将 mRNA 的蛋白质编码区域连接在一起（连接），称为外显子。在去除内含子并且内含子两侧的外显子在催化过程中连接后，剪接体 P 复合物形成，其中包含连接的外显子和称为唇状结构的内含子。然后，连接的 mRNA 从剪接体中释放出来，产生一种称为内含子剪接体 （ILS） 复合物的剪接体，该复合物在称为 DHX15 的 RNA 解旋酶的帮助下被分解。然后，剪接体的成分被回收利用。
在过去十年左右的时间里，许多酵母和人类剪接体复合物的结构已经使用冷冻电子显微镜进行了解析。这些结构与先前的遗传和生化研究相结合，为剪接周期的组装、激活和催化步骤提供了关键见解。尽管酵母 Schizosaccharomyces pombe 的 ILS 复合物是第一个确定的剪接体结构2和酵母酿酒酵母的ILS结构和人类据报道，关于剪接体拆解机制的许多问题仍未得到解答。
拆卸需要DHX155其他四种蛋白质 TFIP11、PAXBP1、C19L1 和 C19L2 也参与称为后生动物的动物的剪接体分解。然而，这些蛋白质的确切功能尚不清楚。此外，DHX15 没有 RNA 序列特异性，目前尚不清楚 DHX15 和相关蛋白如何在剪接周期的早期阶段确保 ILS 复合物的选择性拆卸而不影响剪接体。
为了回答这些问题，Vorländer及其同事利用了一种模式动物物种，即线虫秀丽隐杆线虫，这种虫以前没有用于剪接体结构研究。秀丽隐杆线虫的内含子非常短，中位长度为 65 个核苷酸（与人类中长得多的内含子相比，它可以达到数千个核苷酸的规模）。这种相对较短的内含子长度可能有助于稳定这种生物体中的剪接体复合物。这种方法使作者能够产生两种ILS复合物（图1），称为引发ILS（ILS′）和加倍引发ILS（ILS）。这些比之前的人类ILS结构要完整得多，后者不包含拆解因子TFIP11，PAXBP1和C19L1。
ILS′ 结构包含 TFIP11 和 PAXBP1，它们结合在一起（产生异二聚体）形成一个长棒状结构，在 ILS 的外表面上跨度约 250 ångströms。这种异二聚体通过 TFIP11 的移动结构域募集 DHX15，并接触两种含蛋白质复合物中的多种蛋白质——NineTeen 复合物 （NTC） 和 U5 小核糖核蛋白或 snRNP（PRP8 在该复合物中接触）。ILS“复合物包含剩余的分解因子 C19L1、C19L2 和稳定对接形式的 DHX15。比较 ILS′ 和 ILS“ 复合物，TFIP11、PAXBP1 和 PRP8 的一个结构域（RNase H 结构域）移动了大约 25 个 ångströms，为 C19L1 和 C19L2 在 ILS′′ 中结合提供了空间。C19L2 与 PRP8 和剪接体的活性位点广泛接触，C19L1 与 DHX15 结合。建议 TFIP11、PAXBP1、C19L1 和 C19L2 “检查”ILS 的外表面和内表面，确保在剪接过程的早期阶段仅去除 ILS，而不是剪接体 P 复合体或剪接体，这是很有吸引力的。
为了验证这一假设，作者首先确定了包含TFIP11的人类ILS的低分辨率结构，该结构揭示了人类和秀丽隐杆线虫之间分解因子的位置相似。然后，作者通过结合来自几种人类剪接体结构的数据并结合使用人工智能程序AlphaFold预测的蛋白质结构，生成了迄今为止最完整的P复合物结构。人 P 和 ILS 复合物之间的比较表明，P（和早期）复合物中 5′ 外显子（内含子开始时的外显子）和 3′ 外显子（内含子末端的外显子）周围的 mRNA 和蛋白质会与 PAXBP1 和 C19L2 发生冲突，支持了拆解因子检测仅在 ILS 中发现的独特表面的假设。有趣的是，分解因子与酵母ILS之间的相互作用与在人类中观察到的相互作用明显不同。然而，ILS在拆解前多因素识别的机制仍然相似。
在ILS“结构中，DHX15明确结合U6 snRNA（在DHX15不与提供能量的分子ATP结合的状态下），解决了关于剪接体中DHX15实际RNA靶点的一些争议。ATP的加入推动了ILS“复合物的分解，支持了ILS”是分解途径中的功能性中间体的观点。其他几种蛋白，包括 TFIP11、C19L1 和 NTC 相关 （NTR） 蛋白 SYF1、SYF2 和 SDE2 结合并引导 DHX15 与 U6 snRNA 相互作用。这些蛋白质定位并激活 DHX15 以沿 U6 snRNA 移动并拉动 U6 snRNA，从而拆除活性位点和剪接体。
通过这些结果，作者提供了关于DHX15、TFIP11、PAXBP1、C19L1、C19L2、SYF1、SYF2和SDE2如何协同工作以“检查”mRNA释放后的剪接体表面并在正确的时间触发剪接体拆解的关键见解。SYF1、SYF2 和 SDE2 是 NTR 复合物的蛋白质，在催化激活过程中加入剪接体。Vorländer及其同事的研究揭示了这些蛋白质在分解中的潜在重要作用，这些作用以前尚未得到认可，这将在未来得到进一步研究。这些观察结果还提出了一种有趣的可能性，即这些蛋白质在催化激活过程中参与丢弃异常剪接体。丢弃和拆卸路径可能具有许多共同特征，这是将来可以测试的东西。
与许多冷冻电子显微镜研究类似，这项工作依赖于在样品中观察到的两种结构（ILS′和ILS），并假设它们是拆卸途径上的顺序中间体。将来，研究ILS′复合物是否可以使用纯化的ILS′和蛋白质因子驱动为ILS“复合物，将大大有助于通过实验检验这一假设，并能够充分理解剪接体拆卸的机制。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07741-1
