人类剪切因子Im复合物识别前体mRNA的结构基础

　　真核生物前体mRNA剪切与多聚腺嘌呤化过程由前体mRNA及剪切与多聚腺嘌呤化特异性因子（CPSF）、剪切激活因子（CStF）、剪切因子（CF I、CF II）、多聚腺嘌呤聚合酶（PAP）以及多聚腺嘌呤结合蛋白II（PAB II）协同完成。中国科学技术大学滕脉坤教授及牛立文教授研究组于2011年先后完成了人类前体mRNA剪切因子I(CF I)中25KDa亚基与68KDa亚基RRM结构域间蛋白质-蛋白质复合物及上述复合物与mRNA“UGUAA”序列的蛋白质-RNA复合物的晶体结构解析，并且在结构信息的指导下开展了一系列复合物功能研究，相关研究结果发表在2011年7月的Cell Reaserch杂志上。

　　该研究组运用分子生物学的方法详细研究了人源前体信使RNA剪切因子-Cleavage Factor Im（CF Im）二元复合物的两个亚基（CF Im25和CF Im68）之间的相互作用区域。在此基础上，体外重组表达和纯化了该复合物，并利用北京同步辐射装置生物大分子实验站分别获得该复合物2.7埃分辨率晶体结构及结合RNA的2.9埃分辨率三元复合物晶体结构。

　　结构分析表明，CF Im68亚基通过其RNA recognition motif(RRM)结构域以一种全新的模式结合CF Im25亚基形成四聚体。结合RNA的三元复合物晶体结构揭示了CF Im复合物如何以四聚体形式同时结合两段具有序列特异性的RNA，从而在前体信使RNA加工这一关键的生物学过程中发挥重要功能。在结构生物学研究的基础上，该研究组采用多种生物学实验手段，包括免疫荧光，GST-pull down，等温微量热，表面等离子共振等，对该复合物结合RNA的分子机制和动力学性质进行了深入的研究。CF Im25和CF Im68均直接结合前体信使RNA以达到高亲和力。对多种生物的信使RNA进行生物信息学分析揭示了CF Im复合物结构与生物体内前体信使RNA序列之间的相互适应性。

　　该研究成果首次报导了人源Cleavage Factor Im二元复合物的结构，揭示了CF Im25和CF Im68亚基如何相互作用并形成具有生物学功能复合物的结构细节；证实了CF Im复合物能形成四聚体这一最新发现在结构上的正确性。结合RNA的三元复合物晶体结构揭示了CF Im复合物识别其特异性底物RNA序列(UGUAA)的分子机制和可能的前体信使RNA构象；CF Im25亚基识别特异性底物序列，CF Im68可结合特异性底物序列的5’端序列，二者形成复合物后可大大增强对其底物亲和力以促进前体信使RNA加工。另外还发现CF Im25亚基结合CF Im68亚基可通过稳定其底物结合面的构象以帮助CF Im68亚基结合RNA；CF Im68的RRM结构域是通过loop3同时结合蛋白和RNA；前体信使RNA的二级结构对CF Im25的结合具有抑制作用，而CF Im68亚基可解除该抑制。综上，该课题组的研究成果为进一步深入研究CF Im复合物的功能提供了重要的结构生物学基础，同时对RRM结构域这一广泛存在于生物体内的蛋白结构域如何识别蛋白和RNA的分子机制提供了新的信息和启示。

　　Heng Li, Shuilong Tong, Xu Li, Hui Shi, Zheng Ying, Yongxiang Gao, Honghua Ge, Liwen Niu^*, Maikun Teng^*,Structural basis of pre-mRNA recognition by the human cleavage factor Im complex, Cell Research, 2011, 21:1039-1051.