2024 年 1 月 9 日，西湖大学施一公团队联合中国科学技术大学张晓峰团队合作在 Nature Structural & Molecular Biology 杂志上发表了题为 Structural Insights into Branch Site Proofreading by Human Spliceosome 的研究，发现了人类剪接体中 pre-mRNA 分支位点选择和校对过程中的冷冻电镜（cryo-EM）结构细节，特别是 RNA 解旋酶 PRP5 与 17S U2 snRNP 的相互作用，以及 SF3B1 的癌症相关突变如何影响 PRP5 的功能和剪接体的组装。
图 1：人 17S U2 snRNP 和人 pre-A 剪接体的 cryo-EM 结构（图源：Nature Structural & Molecular Biology）同年 3 月 14 日，西湖大学施一公及万蕊雪作为共同通讯在 Science 发表了题为 Structural basis of U12-type intron engagement by the fully assembled human minor spliceosome 的文章，揭示了人类次要剪接体的 3.3 埃 cryo-EM 结构，展示了组成次要剪接体的 5 种 snRNPs（U11、U12、U4atac、U6atac 和 U5 snRNP）和特定蛋白复合体的精确组装方式，以及 U12 型 5' 剪接位点的识别机制。
图 2：人次要 pre-B 复合物的 cryo-EM 结构（图源：Science）而就在 2024 年 6 月 6 日，清华大学/西湖大学施一公团队于 Science 发表题为 Molecular mechanism of substrate recognition and cleavage by human γ-secretase 的研究论文，揭示了人 γ-分泌酶识别和切割底物的分子机制，特别是其对淀粉样前体蛋白 C 末端片段（APP-C99）的连续切割过程，阐明了切割主要以三个氨基酸为步长进行的机理，并利用 cryo-EM 技术解析了与底物结合的 γ-分泌酶的高分辨率结构，为理解阿尔茨海默病（AD）中淀粉样斑块形成的关键步骤提供了重要信息。
图 3：文章来源（图源：Science）研究者采用了 cryo-EM 技术来确定 γ-分泌酶与 APP-C99、Ab49、Ab46 和 Ab43 结合时的原子结构，记录了底物与酶复合物的详细结构特征，包括跨膜 α-螺旋、三氨基酸连接区以及与 presenilin1 (PS1) 形成的杂交 β-片。深入探讨了 γ-分泌酶的切割机制，发现每次切割后，底物的 α-螺旋会解旋并转动一转，形成新的 β-链，这一过程与底物的切割位置紧密相关。这种切割机制与现有的生化数据相吻合，并支持了切割过程的「活塞模型」，即底物的 α-螺旋在每次切割后向活性位点移动约三个氨基酸的距离。
接下来通过分析了 γ-分泌酶对底物的识别过程，发现 PS1 的特定氨基酸残基通过氢键与底物的 α-螺旋相互作用，而底物的 β-链则与 PS1 的 β-链形成杂交 β-片，指导切割位点的选择。此外，通过对 95 个报道的切割位点序列的分析，研究揭示了 γ-分泌酶对底物切割位点的偏好性。此外，还讨论了与 AD 相关的突变如何影响 γ-分泌酶的底物结合和切割效率。这些突变被分为三组，分别影响底物与 PS1 的相互作用、氢键的稳定性以及活性位点周围的空间位阻。
图 4：人 γ-分泌酶识别 APP-C99 的结构基础（图源：Science）该研究所发现的这些结构信息对于理解 γ-分泌酶的功能以及 AD 相关突变如何影响这一过程极为重要，这不仅加深了对 γ-分泌酶的分子机制的了解，更为开发针对 AD 的潜在治疗策略提供了新的视角。
作者简介
施一公 1985 年保送进入清华大学生物科学与技术系，1989 年提前一年毕业，获学士学位；1995 年获美国约翰霍普金斯大学医学院分子生物物理博士学位，随后在美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心进行博士后研究；1998—2008 年历任美国普林斯顿大学分子生物学系助理教授、副教授、教授、Warner-Lambert/Parke-Davis 讲席教授。2008 年全职回到清华大学工作，曾任清华大学副校长、生命科学与医学研究院院长。2018 年至今，担任西湖大学讲席教授、校长。
周瑞 2017 年清华大学结构生物学高精尖创新中心优秀博士生，2018 年清华大学结构生物学高精尖创新中心卓越学者，2018 年至今为清华大学生命科学学院博士后，主要方位为阿尔茨海默病相关膜蛋白复合物 γ-分泌酶的结构与功能研究。
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参考文献：1.Zhang XF. et al. Structural insights into branch site proofreading by human spliceosome. Nat Struct Mol Biol. 2024 Jan 1.2.Bai R. et al. Structural basis of U12-type intron engagement by the fully assembled human minor spliceosome. Science. 2024 Mar 15.3.Guo XF. et al. Molecular mechanism of substrate recognition and cleavage by human g-secretase. Science. 2024 June 6.