國產頂刊Vita：西湖大學萬蕊雪/白蕊等首次解析人類稀有剪接體完成mRNA剪接的全過程，并揭示其與癌癥的直接關聯

編輯丨王多魚

排版丨水成文

我們體內每個細胞都藏著一套精密的“剪刀”——剪接體（spliceosome），這套“剪刀”負責從真核生物 DNA 直接轉錄出來的 pre-mRNA 中剪掉內含子，再把外顯子部分拼接起來，生成成熟的 mRNA，以形成有功能的蛋白質指令。

絕大多數的多細胞真核生物采用兩種并行的剪接系統——U2 型主要剪接體，負責處理約 99% 的內含子；以及U12 型稀有剪接體，負責切除一類罕見但進化上保守的內含子。兩種不同的剪接機制在進化中得以保留，必然具有非冗余的生物學功能。這種功能體現在稀有剪接的特異性調控作用上：U12 型內含子在 DNA 復制與修復、RNA 轉錄與翻譯、電壓門控離子通道等與細胞生長、發育調控密切相關的必需基因中高度富集。這也意味著，U12 型內含子的剪接異常，可能導致癌癥及發育缺陷等重大疾病。此外，U12 型內含子的剪接速度顯著慢于 U2 型內含子，從而建立了一個一個保守的限速檢查點，可能為關鍵基因的表達增加了一層重要的額外調控機制。

長期以來，科學家們對 U2 型剪接體的工作原理已經相當了解，但 U12 型稀有剪接體的催化作用機制，仍在很大程度上未知。

2026 年 7 月 7 日，西湖大學生命科學學院萬蕊雪研究員作為通訊作者（白蕊、郭晗為論文共同第一作者），在Vita期刊發表了題為：Molecular mechanism of the catalysis for U12-type splicing by the human minor spliceosome 的研究論文。

該研究攻克了剪接體結構與機理研究的最后一 道“壁壘”——首次解析了人類稀有剪接體催化 U12 型剪接的全過程。

研究團隊通過系統性優化 pre-mRNA 底物，將 U12 型內含子的體外剪接效率提升約 100 倍，在此基礎上首次成功捕獲并解析了人源稀有剪接體兩個催化核心狀態的高分辨率三維結構——分支反應完成態（C complex）和外顯子連接就緒態（C* complex），整體分辨率分別達到 2.9 ? 和 3.0 ?。該結構首次揭示了 U12 型剪接兩步反應中催化金屬離子的配位方式、活性中心的RNA構象動態變化，更重要的是，該研究新鑒定出了 3 個與腫瘤發生密切相關的關鍵剪接因子。該研究為理解 U12 型剪接通路的催化調控機理及其在腫瘤發生中的潛在作用提供了直接證據。

在這項研究中，研究團隊面臨的最大挑戰是，U12 型稀有剪接體的數量太少了，次要剪接體在細胞中的含量只有 U2 型主要剪接體的不足 1%。

為了攻克這一難題，研究團隊做了兩件事——

第一，優化了實驗用的“誘餌”，他們設計了一種名為 MSE-U12 的高效剪接底物，大大提高了體外剪接效率。

第二，用“陷阱”抓住關鍵瞬間，他們利用突變版本的 PRP16 蛋白（一種解旋酶）和降低反應 pH 值的方法，成功捕獲了稀有剪接體在兩個關鍵催化步驟后的狀態——分支反應完成態（C complex）和外顯子連接就緒態（C* complex）。

最終，他們獲得了這兩個狀態的分辨率高達 2.9 ? 和 3.0 ? 的高分辨率三維結構，這相當于能看清單個原子的位置。

此外，該研究還有三個重要發現——

MMTAG2：從“致癌基因”到“剪接助手”

該研究意外發現，一種此前被認為與多發性骨髓瘤相關的蛋白——MMTAG2，竟然是稀有剪接體完成第一步切割的關鍵角色。它像一個“穩定器”，牢牢固定住分支點序列與 U12 snRNA 形成的雙鏈結構，確保第一次切割反應精準無誤。

更有意思的是，MMTAG2 在癌細胞中常常過表達，這可能意味著癌細胞通過“加速”這個原本緩慢的剪接過程，來滿足自身快速生長的需求。

WDR25 和 FAM204A：一對“黃金搭檔”

在第二步切割（外顯子連接）階段，兩個新的蛋白——WDR25和FAM204A閃亮登場。它們共同形成一個帶正電荷的表面，像兩只手一樣穩穩托住 BPS/U12 雙鏈，引導 3' 剪接位點正確就位，為第二步切割做好準備。有趣的是，這兩種蛋白也是多種癌癥的預后標志物，再次印證了稀有剪接體與腫瘤發生之間的密切聯系。

RBM41：特殊的“連接橋梁”

第三個發現是RBM41蛋白，它的作用非常特別——幫助招募解旋酶 PRP22。在主要剪接體中，PRP22 需要一個外部輔助蛋白（G-patch 蛋白）才能工作。但在稀有剪接體中，PRP16 和 PRP22 自己就長出了“內置”的激活模塊，不需要額外幫手。而 RBM41 則充當了 PRP22 與剪接體其他部件之間的“橋梁”，確保這臺機器能夠順利釋放最終的成熟的 mRNA。

此外，該研究還發現，盡管蛋白成分有所不同，但該研究揭示了一個令人驚嘆的事實：稀有剪接體的催化核心與主要剪接體幾乎一模一樣。

兩者都采用“雙金屬離子”催化機制——兩個鎂離子（M1和M2）由特定的 RNA 結構（U6atac 或 U6 snRNA）精確排列，協同完成兩次酯交換反應。這種高度保守的設計說明，剪接體的催化機制在進化上極其古老且高效，以至于自然界“舍不得”改變它。

總的來說，該研究采用顯著改進的 U12 型體外剪接系統，成功捕獲了人類 U12 稀有剪接體在兩個催化狀態下的結構——分支反應完成態（C complex）和外顯子連接就緒態（C* complex），并分別以 2.9 ? 和 3.0 ? 的近原子分辨率的三維結構。這些高分辨率圖像使我們能夠直接觀察到稀有剪接體的催化核心，為理解其催化兩次酯交換反應的獨特機制提供了前所未有的生化見解。這些發現闡明了 U12 型剪接的分子機制，并揭示了保守的剪接機制如何在此平行的真核剪接機器中被特異性地適應，從而解答了 RNA 剪接領域一個長期存在的核心問題。

這項研究也不僅解答了基礎生物學的重要問題，還為我們理解疾病提供了全新視角——

• 發育障礙：稀有剪接體組分突變會導致多種發育障礙疾病；

• 癌癥：多個新發現的剪接因子本身就是癌基因或預后標志物；

• 治療靶點：這些特異性蛋白可能成為未來藥物開發的潛在靶標。

論文鏈接：

https://www.vita-journal.com/vita/EN/10.15302/vita.2026.06.0042