來(lái)自耶魯大學(xué)的科學(xué)家以zui詳細(xì)的細(xì)節(jié)描述了RNA執(zhí)行基因表達(dá)化學(xué)過(guò)程的特征。在發(fā)表于10月26日《細(xì)胞》（Cell）雜志上的論文中，研究人員報(bào)告了II型內(nèi)含子（group II introns）的14個(gè)晶體結(jié)構(gòu)。II型內(nèi)含子是一種具有酶催化功能的內(nèi)含子，參與RNA剪切這一遺傳復(fù)制的關(guān)鍵階段。這些新視圖捕獲了這一內(nèi)含子的工作部件及運(yùn)作的多個(gè)步驟，揭示了運(yùn)作的化學(xué)機(jī)制。

研究員、耶魯大學(xué)化學(xué)教授及分子、細(xì)胞與發(fā)育生物學(xué)教授Anna Pyle說(shuō)：“我們不僅僅是得到了一個(gè)快照，我們捕獲了運(yùn)行中的內(nèi)含子。”

RNA的一個(gè)主要功能是復(fù)制所有的遺傳信息，使其能夠被細(xì)胞蛋白質(zhì)工廠——核糖體讀取。然而RNA需要編輯，編輯的一個(gè)早期步驟就是剪切。

RNA剪接是將DNA模板鏈轉(zhuǎn)錄出的zui初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中的內(nèi)含子除去，將外顯子片段重新連接形成一個(gè)連續(xù)的RNA分子的過(guò)程，通過(guò)這種方式在任何特定的時(shí)間生成生物體所需的正確蛋白。在許多的生物體中這一極其重要的剪切和粘貼（cut-and-paste）作用有時(shí)候是通過(guò)稱作II型內(nèi)含子的內(nèi)在RNA元件以自我催化的方式完成。在更為復(fù)雜的生物體，包括人類，這一過(guò)程則通過(guò)一個(gè)相似但更為復(fù)雜的機(jī)器——剪接體（spliceosome）來(lái)完成。剪切體是由II型內(nèi)含子進(jìn)化而來(lái)且作用機(jī)制與之相似。

Pyle說(shuō)：“剪切是基因表達(dá)一個(gè)非常基礎(chǔ)的階段。每當(dāng)剪切變得一團(tuán)糟之時(shí)，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)有一種疾病由此產(chǎn)生。然而直到現(xiàn)在我們還沒(méi)有真正從化學(xué)角度了解剪切反應(yīng)。”

新論文是以Pyle"實(shí)驗(yàn)室從前的研究工作為基礎(chǔ)，在原子水平上觀察了剪切過(guò)程，并進(jìn)一步確立了RNA的化學(xué)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，證實(shí)它能夠招募諸如鎂和鉀等不同的金屬，使其與RNA一起作用。新研究特別強(qiáng)調(diào)了這一過(guò)程中金屬離子的作用及多樣性。

論文的主要作者、Pyle實(shí)驗(yàn)室博士后研究人員Marco Marcia說(shuō)：“我們正在制作催化剪切反應(yīng)的視圖。我們看到了反應(yīng)前后的動(dòng)態(tài)。”

研究人員說(shuō)RNA有可能執(zhí)行了比以前認(rèn)為的更多的功能。“RNA正揭示其能夠利用環(huán)境中的金屬來(lái)進(jìn)行它的化學(xué)轉(zhuǎn)換。RNA能夠像蛋白質(zhì)一樣完成更復(fù)雜的化學(xué)作用，”Pyle說(shuō)。（來(lái)源：生物通 何嬙）

Visualizing Group II Intron Catalysis through the Stages of Splicing

Group II introns are self-splicing ribozymes that share a reaction mechanism and a common ancestor with the eukaryotic spliceosome, thereby providing a model system for understanding the chemistry of pre-mRNA splicing. Here we report 14 crystal structures of a group II intron at different stages of catalysis. We provide a detailed mechanism for the first step of splicing, we describe a reversible conformational change between the first and the second steps of splicing, and we present the ligand-free intron structure after splicing in an active state that corresponds to the retrotransposable form of the intron. During each reaction, the reactants are aligned and activated by a heteronuclear four-metal-ion center that contains a metal cluster and obligate monovalent cations, and they adopt a structural arrangement similar to that of protein endonucleases. Based on our data, we propose a model for the splicing cycle and show that it is applicable to the eukaryotic spliceosome.