該研究的人類TSEN/CLP1/pretRNA復(fù)合物在催化前和催化后狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)為理解pre-tRNA剪接的機(jī)制提供了一個(gè)框架。 從tRNA前體 (pre-tRNA)中去除內(nèi)含子在生命的三個(gè)王國中都是必不可少的。在人類中，這一過程是由tRNA剪接內(nèi)切酶(TSEN)介導(dǎo)的，包括四個(gè)亞基：TSEN2、TSEN15、TSEN34和TSEN54。

2023年4月6日，西湖大學(xué)施一公團(tuán)隊(duì)在Molecular Cell （IF=19）在線發(fā)表題為“Structural basis of pre-tRNA intron removal by human tRNA splicing endonuclease”的研究論文，該研究揭示了人tRNA剪接核酸內(nèi)切酶去除tRNA前體內(nèi)含子的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。該研究報(bào)道了人TSEN在催化前和催化后的平均分辨率分別為2.94和2.88 Å下與全長pre-tRNA結(jié)合的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。

人體TSEN具有一個(gè)延伸的表面凹槽，容納l型的pre-tRNA。pretRNA的成熟結(jié)構(gòu)域由TSEN34、TSEN54和TSEN2的保守結(jié)構(gòu)元素識(shí)別。這種識(shí)別定位pre-tRNA的反密碼子莖，并將30剪接位點(diǎn)和50剪接位點(diǎn)分別放置在TSEN34和TSEN2的催化中心。大部分內(nèi)含子序列與TSEN沒有直接的相互作用，這解釋了為什么不同內(nèi)含子的pre-tRNAs可以被容納和裂解。該結(jié)構(gòu)揭示了TSEN pre-tRNA裂解的分子尺機(jī)制。

轉(zhuǎn)運(yùn)RNA (tRNA)對(duì)于遺傳信息的流動(dòng)至關(guān)重要，它允許核糖體將mRNA翻譯成蛋白質(zhì)。成熟tRNAs是由tRNAs前體 (pre-tRNAs)通過一系列轉(zhuǎn)錄后處理和修飾步驟生成的。在生命的三個(gè)王國中，對(duì)于pre-tRNAs的一個(gè)子集，內(nèi)含子序列都存在，必須通過剪接去除。在人類基因組中預(yù)測(cè)的tRNA基因中，至少有28個(gè)含有長度和序列不同的內(nèi)含子。在古生菌和真核生物中，內(nèi)含子通過tRNA剪接內(nèi)切酶(TSENs)去除，然后通過涉及特定tRNA連接酶的多步驟過程連接兩個(gè)釋放的外顯子。

真核生物TSEN包括兩個(gè)催化亞基TSEN34和TSEN2，兩個(gè)結(jié)構(gòu)亞基TSEN54和TSNE15，TSEN34和TSEN2分別在30剪接位點(diǎn)(30SS)和50剪接位點(diǎn)(50SS)切割pre-tRNA。在哺乳動(dòng)物中，多核苷酸激酶CLP1與TSEN共純化。盡管CLP1在體外tRNA切割前是可有可無的，但CLP1和所有TSEN亞基的突變已與tRNA代謝改變和神經(jīng)病變相關(guān)。

機(jī)理模式圖（圖源自Molecular Cell ） 

自從20世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)tRNA內(nèi)含子以來，廣泛的生化和晶體學(xué)研究中對(duì)各種類型的TSENs的pre-tRNA裂解有了相當(dāng)大的了解。特別地，古生菌TSEN與隆起-螺旋-隆起(BHB) RNA基序復(fù)合物的結(jié)構(gòu)揭示了一些關(guān)鍵的相互作用，這些相互作用是pre-tRNA識(shí)別和切割所必需的。然而，關(guān)于真核生物TSEN的結(jié)構(gòu)信息出現(xiàn)緩慢，嚴(yán)重限制了對(duì)pre-tRNA裂解機(jī)制的理解。例如，TSEN被認(rèn)為采用分子尺機(jī)制來識(shí)別pre-tRNA的兩位點(diǎn)切割，但由于缺乏被TSEN結(jié)合的全長pre-tRNA的結(jié)構(gòu)信息，其基礎(chǔ)仍不充分。此外，四個(gè)TSEN亞基是如何被組織成一個(gè)完整的、具有兩個(gè)獨(dú)立活性位點(diǎn)的內(nèi)切酶的仍不清楚。

 該研究報(bào)道了人類TSEN與全長pre-tRNA結(jié)合的兩個(gè)高分辨率結(jié)構(gòu)：一個(gè)處于催化前狀態(tài)，另一個(gè)處于催化后狀態(tài)。為了捕捉預(yù)催化狀態(tài)，作者在TSEN中引入了兩個(gè)錯(cuò)意突變：TSEN34中的H255A和TSNE中的H377A。

總之，該研究的人類TSEN/CLP1/pretRNA復(fù)合物在催化前和催化后狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)為理解pre-tRNA剪接的機(jī)制提供了一個(gè)框架。