人類基因組上最初轉錄生成的是前體mRNA (pre-mRNA)。這些未成熟的mRNA需要經過一定的加工，如剪接 (去除內含子)、在5'端加一個7-甲基鳥苷酸“帽子”，及在3'端加上一個多聚腺苷酸尾，最后形成較短的有功能的成熟mRNA。

因此pre-mRNA剪接是真核生物基因表達的關鍵步驟。當剪接位點發生突變，或剪接錯誤地發生在其它符合剪接位點 (Splice site, SS)特征的堿基上，就會導致外顯子缺失或內含子保留，進而引起基因表達異常，或蛋白質功能的改變。SS變異是許多疾病常見的致病變異。

SS (GU, AG堿基), 分支位點 (Branch site, BS。A堿基), 紅色箭頭親核反應(Nucleophilic attacks)

如何精準地從pre-mRNA中去除內含子？這個過程由一種被稱為剪接體的大而動態的RNA-蛋白質復合物催化和控制，其中包含了5個小的”核”核糖核蛋白顆粒 (Small nuclear ribonucleoprotein particles, snRNPs。包含snRNA及其他組件蛋白)和幾十個蛋白質因子，并從頭組裝在每個pre-mRNA底物上。在剪接體組裝過程中，pre-mRNA中的三個保守位置，即5′-SS、BS和3′-SS，由剪接體的組件特異性識別，允許發生兩步反式酯化反應。

U1 snRNP識別5′-SS, U2 snRNP識別BS, U4/U6.U5 Tri-snRNP促進loops形成

切除3’-SS, Exon 1和Exon2對接成功

因此，U2 snRNP識別內含子的BS序列是剪接體組裝過程中的一個關鍵事件。

SF1, U2AF65，E complex, UAP65-ATP, A complex, U2/BS helix (圖的中央)

注意上圖 (圖c)中U2復合物中的SF3B6蛋白

在哺乳動物細胞中，BS最初由SF1（mBBP）與U2AF65等識別，同時U1與5′-SS結合，共同形成第一個剪接體組裝中間體 (無ATP)，即復合物E (E complex)。UAP65-ATP等參與復合物E后，SF1等組件脫離，形成復合物A（A complex），并在BS和U2之間形成堿基互補配對作用 (U2/BS helix, 上圖中央)。

在后續剪接反應中，復合物內的多個組件精確地結合、重排和解聚，形成預組裝復合物U4/U6.U5 Tri-snRNP及其它完全組裝剪接體 (pre-B/B/Bact/B*/C/C*/P complex以及ILS復合物)，如下圖。

通過上面的介紹，我們知道U2識別內含子的BS序列是剪接體組裝過程中的一個關鍵事件。但在哺乳動物中BS序列保守性差，僅通過堿基互補配對機制無法實現明確的內含子識別。為了解析出該事件發生時的剪切體形態結構，兩周前 (11月25日)歐洲分子生物學實驗室 (EMBL)和德國海德堡大學的研究人員在Science上發表了題為《Structural basis of branch site recognition by the human spliceosome》的研究型論文。研究人員分離了人類的17S U2 snRNP，并在體外重建其ATPD依賴性重塑和與前mRNA底物的結合。確定了一系列提供BS選擇過程快照的高分辨率（2.0-2.2?）結構。底物結合的U2 snRNP表明SF3B6穩定了BS:U2 snRNA雙鏈結構，這有助于序列互補性差的內含子的結合。與底物結合不耦合的ATP依賴性重塑以與BS識別競爭的構象捕獲U2 snRNA，提供基于分支螺旋穩定性的選擇機制。

HTATSF1穩定17S U2 snRNP中的分支點相互作用的莖環 (Branchpoint-interacting stem loop,?BSL)。作者對17S U2 snRNP的重建表明，HTATSF1^RRM結合在由SF3B1的熱重復序列H15和H16形成的疏水口袋中。相鄰的H16和H17重復序列形成 HTATSF1LH的C端接口，包括殘基239-251。

HTATSF1^RRM結合在由SF3B1的熱重復序列H15和H16形成的疏水口袋中

HTATSF1LH的C末端指向BSL，可能與已知的結合SF3B1ULM基序的HTATSF1UHM結構域相類似。HTATSF1的兩個結構域與SF3B1形成穩定的界面，并從兩側夾持U2 snRNA BSL，表明該瞬時RNA二級結構具有直接的穩定機制。

HTATSF1的兩個結構域與SF3B1形成穩定的界面，并從兩側夾持U2 snRNA?BSL

SF3B6穩定A-like U2 snRNP(BS:U2 snRNA)中的分支螺旋結構。17S和A-like U2 snRNP的比較表明，SF3B6和HTATSF1RRM與SF3B1HEAT的結合是互斥的，需要取代HTATSF1RRM才能穩定對接SF3B6。當BPS寡核苷酸與17S U2 snRNP結合時，在SF3B1的H14和H15附近出現額外的密度。雖然SF3B6是SF3B復合物的穩定成分，但在以前報道的SF3B復合物或U2snRNP的任何結構中都沒有觀察到SF3B6。SF3B6與位于分支螺旋5’端的U2 snRNA結合，因此它定義了凸起的BP-A相對于分支螺旋末端的確切位置。

U2 snRNA的腺嘌呤A29與SF3B6的Y22殘基堆積在一起，放置在同一個口袋中。

基于以上的結構分析，得到U2?snRNP識別分支位點的示意圖模型：

HTATSF1的解離在分支螺旋的形成和BMSL之間產生競爭。對弱的、次優底物的排斥形成了remodeled U2 snRNP，它的靶向是一個廢棄的途徑。穩定的底物逐漸形成分支螺旋。在沒有正確定位、凸出的BP-A的情況下，復合體被靶向一條廢棄的途徑。分支螺旋的生產導致復合物A的形成，其中U2snRNP在結構上類似于A-like U2snRNP。

(A)17S、(B)A-like 和(C)remodeled U2 snRNP中U2snRNA的二級和三級結構。

總結，U2識別內含子的BS序列是剪接體組裝過程中的一個關鍵事件，SF3B6在穩定分支螺旋方面發揮著以前未知的作用，這可能與U2 snRNA互補性較差的分支序列特別相關。本研究提供了U2 snRNP識別分支位點的復雜過程的幾個高分辨率快照，有助于更好地理解人類Pre-mRNA的剪接機制。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Science | 从结构生物学的角度理解人类mRNA剪接体分支位点的识别的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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