Lsm型与Sm型异源七聚体环相互转换机制及其在剪接体进化与RNA代谢中的意义

为解决真核生物中Sm型和Lsm型异源七聚体环（分别作为RNA支架和分子伴侣）功能分化的机制问题，四川大学华西医院团队通过结构改造与生化实验，首次实现两类环结构的双向转换。研究揭示亚复合体（SC）间亲和力差异决定组装路径，并阐明RNA结合模式与组装机制的耦合关系，为剪接体进化及RNA代谢调控提供新见解。成果发表于《Nucleic Acids Research》。

　　

在真核生物的RNA代谢过程中，两类结构相似但功能迥异的异源七聚体环——Sm型和Lsm型复合物扮演着关键角色。Sm型环（如剪接体snRNPs中的D1-D2-F-E-G-D3-B组合）作为稳定snRNA的支架，而Lsm型环（如U6 snRNP核心Lsm2-8）则发挥分子伴侣功能。尽管它们由同源蛋白组成且共享进化起源，但二者在组装机制和RNA结合特性上存在显著差异。这种分化被认为是剪接体进化的重要节点，然而其分子基础长期未明。

四川大学华西医院的研究团队以剪接体Sm环和Lsm2-8环为模型，通过创新性的蛋白质工程策略，首次实现了两类环结构的双向转换。研究发现，两类环的亚复合体（SCs）相互作用存在根本差异：Sm环中SC1（D1/D2）与SC2（F/E/G）亲和力最高（-9.4 kcal/mol），而Lsm2-8环中SC1（Lsm2/3）与SC3（Lsm8/4）结合最强（-9.4 kcal/mol）。这种差异导致二者形成不同的组装中间体——Sm环通过SC1-SC2五聚体路径，Lsm环则依赖SC1-SC3四聚体起始组装。

研究采用冷冻电镜（EM）、凝胶过滤层析（GFC）和动态光散射（DLS）等技术，证实增强Sm环SC1-SC3界面亲和力（通过构建SmD1_H/D2和SmD3/B_H1嵌合体）可将其转化为Lsm型环（7Sm-LLH）。该人工环能自发组装并特异性结合U6 snRNA，但丧失对U1/U4等snRNA的结合能力。反向实验中，削弱Lsm2-8的SC1-SC3相互作用虽能阻断自发组装，但需进一步改造RNA结合位点（如Lsm5_M2的F46Y/N75K突变）才能实现RNA依赖的Sm型环重构。

关键发现包括：

1. 组装路径决定功能特性：SC1-SC3四聚体中间体是Lsm型环形成的关键，而SC1-SC2五聚体因空间位阻需RNA辅助完成Sm型环组装。
2. RNA识别模式与组装耦合：自发组装的Lsm型环选择性结合3′端poly(U)，而RNA诱导的Sm型环需snRNP密码子（Sm位点+茎环结构）协同作用。
3. 进化启示：研究提出四阶段模型，解释从古菌同聚体到真核异聚体的分化过程，其中界面亲和力重排和RNA结合域优化是功能创新的分子驱动力。

该研究发表于《Nucleic Acids Research》，不仅阐明了（L）Sm环分化的结构基础，还为人工设计自组装蛋白复合物提供了范式。通过揭示RNA代谢核心机器的进化规律，为理解剪接体起源及真核生物复杂性形成机制提供了重要线索。