国产顶刊Vita：西湖大学万蕊雪/白蕊等首次解析人类稀有剪接体完成mRNA剪接的全过程，并揭示其与癌症的直接关联|mrna|u2|癌症|细胞|蛋白

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

我们体内每个细胞都藏着一套精密的“剪刀”——剪接体（spliceosome），这套“剪刀”负责从真核生物 DNA 直接转录出来的 pre-mRNA 中剪掉内含子，再把外显子部分拼接起来，生成成熟的 mRNA，以形成有功能的蛋白质指令。

绝大多数的多细胞真核生物采用两种并行的剪接系统——U2 型主要剪接体，负责处理约 99% 的内含子；以及U12 型稀有剪接体，负责切除一类罕见但进化上保守的内含子。两种不同的剪接机制在进化中得以保留，必然具有非冗余的生物学功能。这种功能体现在稀有剪接的特异性调控作用上：U12 型内含子在 DNA 复制与修复、RNA 转录与翻译、电压门控离子通道等与细胞生长、发育调控密切相关的必需基因中高度富集。这也意味着，U12 型内含子的剪接异常，可能导致癌症及发育缺陷等重大疾病。此外，U12 型内含子的剪接速度显著慢于 U2 型内含子，从而建立了一个一个保守的限速检查点，可能为关键基因的表达增加了一层重要的额外调控机制。

长期以来，科学家们对 U2 型剪接体的工作原理已经相当了解，但 U12 型稀有剪接体的催化作用机制，仍在很大程度上未知。

2026 年 7 月 7 日，西湖大学生命科学学院万蕊雪研究员作为通讯作者（白蕊、郭晗为论文共同第一作者），在Vita期刊发表了题为：Molecular mechanism of the catalysis for U12-type splicing by the human minor spliceosome 的研究论文。

该研究攻克了剪接体结构与机理研究的最后一道“壁垒”——首次解析了人类稀有剪接体催化 U12 型剪接的全过程。

研究团队通过系统性优化 pre-mRNA 底物，将 U12 型内含子的体外剪接效率提升约 100 倍，在此基础上首次成功捕获并解析了人源稀有剪接体两个催化核心状态的高分辨率三维结构——分支反应完成态（C complex）和外显子连接就绪态（C* complex），整体分辨率分别达到 2.9 Å 和 3.0 Å。该结构首次揭示了 U12 型剪接两步反应中催化金属离子的配位方式、活性中心的RNA构象动态变化，更重要的是，该研究新鉴定出了 3 个与肿瘤发生密切相关的关键剪接因子。该研究为理解 U12 型剪接通路的催化调控机理及其在肿瘤发生中的潜在作用提供了直接证据。

在这项研究中，研究团队面临的最大挑战是，U12 型稀有剪接体的数量太少了，次要剪接体在细胞中的含量只有 U2 型主要剪接体的不足 1%。

为了攻克这一难题，研究团队做了两件事——

第一，优化了实验用的“诱饵”，他们设计了一种名为 MSE-U12 的高效剪接底物，大大提高了体外剪接效率。

第二，用“陷阱”抓住关键瞬间，他们利用突变版本的 PRP16 蛋白（一种解旋酶）和降低反应 pH 值的方法，成功捕获了稀有剪接体在两个关键催化步骤后的状态——分支反应完成态（C complex）和外显子连接就绪态（C* complex）。

最终，他们获得了这两个状态的分辨率高达 2.9 Å 和 3.0 Å 的高分辨率三维结构，这相当于能看清单个原子的位置。

此外，该研究还有三个重要发现——

MMTAG2：从“致癌基因”到“剪接助手”

该研究意外发现，一种此前被认为与多发性骨髓瘤相关的蛋白——MMTAG2，竟然是稀有剪接体完成第一步切割的关键角色。它像一个“稳定器”，牢牢固定住分支点序列与 U12 snRNA 形成的双链结构，确保第一次切割反应精准无误。

更有意思的是，MMTAG2 在癌细胞中常常过表达，这可能意味着癌细胞通过“加速”这个原本缓慢的剪接过程，来满足自身快速生长的需求。

WDR25 和 FAM204A：一对“黄金搭档”

在第二步切割（外显子连接）阶段，两个新的蛋白——WDR25和FAM204A闪亮登场。它们共同形成一个带正电荷的表面，像两只手一样稳稳托住 BPS/U12 双链，引导 3' 剪接位点正确就位，为第二步切割做好准备。有趣的是，这两种蛋白也是多种癌症的预后标志物，再次印证了稀有剪接体与肿瘤发生之间的密切联系。

RBM41：特殊的“连接桥梁”

第三个发现是RBM41蛋白，它的作用非常特别——帮助招募解旋酶 PRP22。在主要剪接体中，PRP22 需要一个外部辅助蛋白（G-patch 蛋白）才能工作。但在稀有剪接体中，PRP16 和 PRP22 自己就长出了“内置”的激活模块，不需要额外帮手。而 RBM41 则充当了 PRP22 与剪接体其他部件之间的“桥梁”，确保这台机器能够顺利释放最终的成熟的 mRNA。

此外，该研究还发现，尽管蛋白成分有所不同，但该研究揭示了一个令人惊叹的事实：稀有剪接体的催化核心与主要剪接体几乎一模一样。

两者都采用“双金属离子”催化机制——两个镁离子（M1和M2）由特定的 RNA 结构（U6atac 或 U6 snRNA）精确排列，协同完成两次酯交换反应。这种高度保守的设计说明，剪接体的催化机制在进化上极其古老且高效，以至于自然界“舍不得”改变它。

总的来说，该研究采用显著改进的 U12 型体外剪接系统，成功捕获了人类 U12 稀有剪接体在两个催化状态下的结构——分支反应完成态（C complex）和外显子连接就绪态（C* complex），并分别以 2.9 Å 和 3.0 Å 的近原子分辨率的三维结构。这些高分辨率图像使我们能够直接观察到稀有剪接体的催化核心，为理解其催化两次酯交换反应的独特机制提供了前所未有的生化见解。这些发现阐明了 U12 型剪接的分子机制，并揭示了保守的剪接机制如何在此平行的真核剪接机器中被特异性地适应，从而解答了 RNA 剪接领域一个长期存在的核心问题。

这项研究也不仅解答了基础生物学的重要问题，还为我们理解疾病提供了全新视角——