2016年7月22日，生命科學(xué)聯(lián)合中心施一公研究組于《科學(xué)》(Science)雜志就剪接體的結(jié)構(gòu)與機(jī)理研究發(fā)表兩篇長文(Research Article)，題目分別為《酵母剪接體激活狀態(tài)3.5埃的結(jié)構(gòu)》(Structure of a Yeast Activated Spliceosome at 3.5 Angstrom Resolution)和《第一步催化反應(yīng)后的酵母剪接體3.4埃的結(jié)構(gòu)》(Structure of a Yeast Catalytic Step I Spliceosome at 3.4 Angstrom Resolution)，報(bào)道了釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)剪接體激活和剪接反應(yīng)催化過程中兩個(gè)重要狀態(tài)的剪接體復(fù)合物近原子分辨率的三維結(jié)構(gòu)，闡明了剪接體的激活和催化機(jī)制，從而進(jìn)一步揭示了前體信使RNA剪接反應(yīng)(pre-mRNA splicing，以下簡稱RNA剪接)的分子機(jī)理。

　　RNA剪接是真核生物從DNA到蛋白質(zhì)信息傳遞中心法則的關(guān)鍵一環(huán)。其主要執(zhí)行者是一個(gè)極其復(fù)雜的分子機(jī)器——剪接體。通過剪接反應(yīng)，前體信使RNA中數(shù)量、長度不等的內(nèi)含子被剔除，剩下的外顯子按照特異順序連接起來從而形成成熟的信使RNA(mRNA)，進(jìn)一步在核糖體的催化下被翻譯成蛋白質(zhì)。RNA剪接的化學(xué)本質(zhì)就是前體信使RNA經(jīng)歷兩步轉(zhuǎn)酯反應(yīng)完成剪和接在兩個(gè)關(guān)鍵步驟，而每一步都需要由剪接體催化完成。

　　剪接體是一個(gè)由大量蛋白因子介導(dǎo)、核酸(RNA)催化的金屬核酶(protein-directed metalloribozyme)。在剪接反應(yīng)過程中，組成剪接體的蛋白質(zhì)-核酸復(fù)合物及剪接因子按照高度精確的順序進(jìn)行結(jié)合和解聚，并伴隨大規(guī)模的結(jié)構(gòu)重組，組裝成一系列具有不同組分和構(gòu)象的統(tǒng)稱為剪接體的分子機(jī)器，根據(jù)它們?cè)赗NA剪接過程中的生化性質(zhì)，這些剪接體又被人為區(qū)分為B、Bact、B*、 C、P、ILS等若干狀態(tài)。獲取剪接體在激活及催化反應(yīng)過程中不同狀態(tài)的結(jié)構(gòu)是最基礎(chǔ)也是最富挑戰(zhàn)性的結(jié)構(gòu)生物學(xué)難題之一。2015年8月，施一公研究組率先突破，在世界上首次報(bào)道了裂殖酵母剪接體處于ILS狀態(tài)的3.6埃高分辨率結(jié)構(gòu)。

　　在最新發(fā)表的兩篇《科學(xué)》論文中，施一公研究組進(jìn)一步探索并優(yōu)化了蛋白提純方案，捕獲了性質(zhì)良好的釀酒酵母剪接體分別處于激活狀態(tài)(activated spliceosome，又稱為Bact complex)和第一步催化反應(yīng)后(catalytic step I spliceosome，又稱為C complex)的優(yōu)質(zhì)樣品，并利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)和高效的數(shù)據(jù)分類方法，重構(gòu)出了總體分辨率分別為3.5和3.4埃的兩個(gè)高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，并搭建了原子模型(圖1，2)。這兩個(gè)復(fù)合物近原子分辨率三維結(jié)構(gòu)的解析，首次完整地展示了第一步轉(zhuǎn)酯反應(yīng)前后pre-mRNA和起催化作用的snRNA的反應(yīng)狀態(tài)，以及剪接體內(nèi)部蛋白組分的組裝情況。尤為值得一提的是，催化核心區(qū)域的分辨率達(dá)到了2.8至3.0埃，清晰的展示出剪接反應(yīng)中心的結(jié)構(gòu)信息，為解釋剪接體對(duì)pre-mRNA splicing的催化機(jī)制提供了迄今最為清晰的關(guān)鍵證據(jù)。

　　如上兩個(gè)結(jié)構(gòu)與該研究組之前報(bào)道的ILS剪接體及2016年1月報(bào)道的3.8埃的釀酒酵母tri-snRNP結(jié)構(gòu)的對(duì)比更為深刻的揭示了剪接體在pre-mRNA剪接反應(yīng)過程中作為核酶催化完成兩步轉(zhuǎn)酯反應(yīng)的本質(zhì)，是RNA剪接研究領(lǐng)域的又一突破性進(jìn)展。

　　清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院三年級(jí)博士生萬蕊雪、生命學(xué)院博士后閆創(chuàng)業(yè)、生命學(xué)院一年級(jí)博士生白蕊為兩篇文章的共同第一作者;生命學(xué)院一年級(jí)博士黃高興宇為第二篇文章的共同第一作者;施一公為通訊作者。電鏡數(shù)據(jù)采集于清華大學(xué)冷凍電鏡平臺(tái)，計(jì)算工作得到清華大學(xué)高性能計(jì)算平臺(tái)、國家蛋白質(zhì)設(shè)施實(shí)驗(yàn)技術(shù)中心(北京)、聯(lián)想高性能計(jì)算、以及榮之聯(lián)董事長王東輝先生的支持。本工作獲得了北京結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖創(chuàng)新中心及國家自然科學(xué)基金委的經(jīng)費(fèi)支持?！?p>

圖1 Bact complex電鏡密度及三維結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 C complex電鏡密度及三維結(jié)構(gòu)示意圖

　　圖3 剪接反應(yīng)機(jī)理圖解

　　去年研究成果被譽(yù)為“諾獎(jiǎng)級(jí)別”

　　2015年8月21日，《科學(xué)》(Science)雜志同時(shí)發(fā)表了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)。

　　當(dāng)時(shí)，施一公先生接受采訪時(shí)也表示：“我此前以通訊作者身份在《科學(xué)》、《自然》和《細(xì)胞》上發(fā)表的文章總共接近50篇，但我覺得這次的意義特別重大!這項(xiàng)研究成果的意義很可能超過了我過去25年科研生涯中所有研究成果的總和!”

　　當(dāng)時(shí)很多領(lǐng)域內(nèi)頂尖科學(xué)家也認(rèn)為這是過去二三十年中，中國科學(xué)家在基礎(chǔ)生物學(xué)領(lǐng)域做出的最杰出成就，這項(xiàng)成就將得到諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)的認(rèn)真考慮。因此，很多媒體都以“中國取得諾獎(jiǎng)級(jí)研究成果”為題進(jìn)行了報(bào)道。

　　近年學(xué)術(shù)成果豐碩，屢獲大獎(jiǎng)

　　近年來，施一公先生學(xué)術(shù)成果豐碩。根據(jù)Scopus數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計(jì)，施一公院士這些年來總共發(fā)表了超過165篇重量級(jí)論文，其中發(fā)表在Nature、Science、Cell、PNAS和Nature子刊等全球最頂尖期刊上的頂尖論文就高達(dá)80篇。另外施一公先生2008年全職回國后，以清華大學(xué)為第一單位發(fā)表的論文就高達(dá)60篇，相比于他在國外時(shí)的成就毫不遜色甚至還完全超越。

　　此外，在施一公先生身上的頭銜和榮譽(yù)令人難忘，除了當(dāng)選為清華大學(xué)副校長，施一公先生還是美國藝術(shù)與科學(xué)院院士、美國國家科學(xué)院外籍院士和中國科學(xué)院院士，另外還是歐洲分子生物學(xué)組織外籍成員，獎(jiǎng)項(xiàng)方面施一公還獲得了鄂文西格青年研究家獎(jiǎng)、國際賽克勒生物物理學(xué)獎(jiǎng)、香港求是科技基金會(huì)杰出科學(xué)家獎(jiǎng)、談家楨生命科學(xué)終身成就獎(jiǎng)、瑞典皇家科學(xué)院頒發(fā)的2014年度愛明諾夫獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)，無一不是超重量級(jí)的榮譽(yù)。

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