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清华施一公在《科学》发表突破性成果,专家称有望拿诺贝尔奖

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“剪接体”是人类细胞中必不可少的“分子机器”之一,但人类对其工作机理的了解,一直缺乏结构生物学的证据。


北京时间8月21日,国际顶级学术期刊《科学》(Science)连续在线发表两篇中国科学家研究“剪接体”的论文,并首次报道了分辨率高达3.6埃的“剪接体”分子结构。


这些研究论文来自同一研究组,都是由清华大学生命科学学院教授施一公带领的研究组完成。


论文的题目分别为《3.6埃的酵母剪接体结构》(Structure of a Yeast Spliceosome at 3.6 Angstrom Resolution)和《前体信使RNA剪接的结构基础》(Structural Basis of Pre-mRNA Splicing)。第一篇文章报道了“剪接体”近原子分辨率的三维结构,这一结构是通过单颗粒冷冻电子显微技术解析得到的。第二篇文章是在这一3.6埃剪接体结构的基础上,进行详细分析,对剪接体的基本工作机理进行了阐述。1埃等于一百亿分之一米,等于0.1纳米,用于表征原子的半径。


21日上午,“青年千人计划”获得者、中科院生物物理所生物大分子国家重点实验室研究员黄亿华告诉澎湃新闻(www.thepaper.com),施一公教授的这一研究成果是一个里程碑,“有望拿诺贝尔奖”,他个人认为,是近年来,在生命科学领域,中国最好的科研成果之一。

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信使RNA被剪切、连接的原子模型。


剪接体是由RNA(核酸)和蛋白质组成复合物,黄亿华说,包括真核生物在内,生命过程的根本规则被称为“中心法则”,是“DNA被转录成RNA,RNA被翻译成蛋白质”,蛋白质来执行具体的功能。但RNA要被翻译成蛋白质,需要“剪接体”剪接,这涉及到人体内几乎所有的生命活动,也包括疾病。科学家发现“剪接体”后,一直想研究清楚其结构和机理,但一直没能获得根本性的突破。国际上有很多研究组都在竞争。


对比其他的研究方法,如生物化学、分子生物学等,黄亿华认为,结构生物学是有力的补充,也更“直观”,你可以直接“看”发生了什么。

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施一公团队获得的剪接体高分辨率的三维结构。


但解析“剪接体”的结构,至少有两大困难需要克服。黄亿华说,首先,拿到“剪接体”就不容易,因为,它由30多种蛋白质和核酸组成,怎么拿到完整的蛋白复合物,而且是足够量的?其次,拿到了这些蛋白复合物之后,有能力解析其结构吗?施一公教授研究组在这两方面都取得了突破。


对比结构生物学领域常用的“晶体X射线衍射”的方法,黄亿华解释说,冷冻电子显微镜技术不需要蛋白质的晶体,需要的蛋白质数量也相对少,更关键的是,后者研究分子量巨大的蛋白复合物的结构更有优势。


黄亿华表示,“剪接体”的分子量非常大,由多种蛋白质组成。如果想用“晶体X射线衍射”的方法研究,第一步就会被卡住,因为获得晶体非常困难。单个蛋白结晶就是挑战,两个、三个……会越来越难。但冷冻电子显微镜技术中,将处理后的蛋白样品速冻,然后用电子显微镜给这些样品一一拍照,最后根据图像,重组该蛋白的三维结构。


清华大学官网发布消息称,施一公教授研究组的这一研究成果具有极为重大的意义。自上世纪70年代后期RNA剪接的发现以来,科学家们一直在步履维艰地探索其中的分子奥秘,期待早日揭示这个复杂过程的分子机理。施一公院士研究组对剪接体近原子分辨率结构的解析,不仅初步解答了这一基础生命科学领域长期以来备受关注的核心问题,又为进一步揭示与剪接体相关疾病的发病机理提供了结构基础和理论指导。


施一公现任清华大学生命科学学院院长,2013年当选中国科学院院士,他还是美国科学院、美国艺术与科学院外籍院士。他带领的研究团队主要运用生化和生物物理的手段,研究细胞调亡的分子机制、重要膜蛋白以及细胞内生物大分子机器的结构与功能。


据财新网报道,施一公将出任清华大学副校长,而施一公的一名助理透露,该消息正在清华大学校内的信息网上进行公示。(来源:绿政公署)

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