對剪接體的膚淺認(rèn)識

朝Chancy 2019-08-30

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剪接體的精細結(jié)構(gòu)（來自“生物谷”）

高中生物浙科版教材中，在基因表達的內(nèi)容中，重點講述RNA聚合酶和核糖體的作用，而對“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過程，至于如何進行加工的機理教學(xué)不作要求，教材也沒有介紹。事實上，是通過一種復(fù)合體——剪接體發(fā)揮作用，剪接體的結(jié)構(gòu)和作用的機理還在研究過程中。下面通過學(xué)習(xí)最新研究成果，對剪接體作一簡單認(rèn)識。

一、最新科技成果（來自于網(wǎng)絡(luò)）

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

北京時間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)和剪接體對前體信使RNA執(zhí)行剪接的基本工作機理，從而將分子生物學(xué)的“中心法則”在分子機理的研究上大幅度向前推進。

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）”。第一篇文章報道了通過單顆粒冷凍電子顯微鏡（冷凍電鏡）方法解析的酵母細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)上進行了詳細的分析，闡述了剪接體對前體信使RNA執(zhí)行剪接的基本工作機理（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。

信使RNA被剪切、連接的原子模型

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稱，各個蛋白相互纏繞，形成了分子量和體積巨大的復(fù)合物（如下圖）。

施一公團隊獲得的剪接體高分辨率的三維結(jié)構(gòu)

研究過程：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)成千上萬張不同角度的圖片，構(gòu)建出剪接體的三維結(jié)構(gòu)。

二、對剪接體的了解（參考有關(guān)的資料）

1．基因表達過程

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

首先，儲存在遺傳物質(zhì)DNA序列中的遺傳信息必須通過RNA聚合酶的作用轉(zhuǎn)變成前體信使RNA（precursor messenger RNA，簡稱pre-mRNA），這一步簡稱轉(zhuǎn)錄（transcription）；其次，前體信使RNA由多個內(nèi)含子和外顯子間隔形成，必須通過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，這一步簡稱剪接（splicing）；第三，成熟的信使RNA必須通過核糖體的作用轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)之后才能行使生命活動的各種功能。描述這一過程的規(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。