研究论文\(\def\h填{\hskip5em}\def\hfil{\hski p3em}\def\eqno#1{\hfil{#1}}\)

期刊徽标结构
生物学
编号:2059-7983

人snRNP组装因子AAR2与PRPF8 RNase H样结构域复合物的结构和功能研究

十字标记徽标

RNA生物化学实验室,德国柏林塔克萨斯6号柏林弗雷大学,邮编:14195,b条结构生物化学实验室,德国柏林塔克萨斯6号柏林弗雷大学,邮编:14195c(c)大分子晶体学,德国柏林,12489,阿尔伯特·伊斯坦大街15号,赫尔姆霍兹-中央柏林材料与能源研究所
*通信电子邮件:mpreussner@zedat.fu-berlin.degert.weber@helmholtz-berlin.de

澳大利亚克劳利西澳大利亚大学C·S·邦德编辑(收到日期:2022年8月14日; 2022年10月5日接受; 在线2022年10月27日)

小核糖核蛋白复合物(snRNP)是剪接体的主要亚单位。虽然snRNP核心颗粒的组装已经得到了很好的表征,但对snRNP特异蛋白的掺入以及snRNP再循环的机制知之甚少。酵母中的U5 snRNP组装需要将Aar2蛋白和Prp8p结合,作为占位符,以防止SNRNP200解旋酶过早组装,但人类Aar2同源物的作用尚未详细研究。这里,a晶体结构报道了人AAR2与U5-specific PRPF8(PRP8F-RH)的RNase H样结构域的复合物,揭示了这两种蛋白质与酵母中的相互作用显著不同。基于AAR2–PRPF8 RH复合物的结构,探讨了相互作用区域和残基的重要性,并设计了不能稳定结合PRPF8的AAR2变体在体外AAR2与U5蛋白的蛋白质相互作用研究尺寸排除色谱法揭示了与酵母Aar2p相互作用模式的相似性和显著差异,并暗示AAR2的磷酸化依赖性调控类似于酵母中的磷酸化调控。我们发现在体外AAR2似乎将PRPF8 RH锁定在只与剪接反应的第一个酯交换步骤兼容的构象中,并阻止构象转换为类似于步骤2的Mg2+-在U5 snRNP生物发生过程中可能出现的协同构象。这些发现扩展了AAR2与PRP8从酵母到人类相互作用的图景,并表明AAR2在剪接体组装过程中的作用超出了其在酵母中作为SNRNP200占位符的作用。

1.简介

前辈信使RNA(pre-mRNA)剪接是由一种高度动态的多兆位核糖核蛋白(RNP)机械,即剪接体催化的(Will&Lührmann,2011【Will,C.L.&Lührmann,R.(2011),《冷泉港透视生物学》3,a003707。】; 沃尔等。, 2009[Wahl,M.C.,Will,C.L.和Lührmann,R.(2009)。细胞,136701-718。]). 小核RNPs(snRNPs)U1、U2、U4、U5和U6是主要的U2型剪接体的主要亚单位。这些snRNP中的每一个都包含一个颗粒特异性snRNA、七种常见的Sm蛋白[在U6的情况下为类似Sm(LSm)蛋白]和一组颗粒特异性蛋白(Will&Lührmann,2001【Will,C.L.&Lührmann,R.(2001),《细胞生物学》第13期,第290-301页。】). U5 snRNP是唯一一个也被小剪接体使用的snRNP亚基(Will&Lührmann,2005【Will,C.L.&Lührmann,R.(2005),《生物化学》386,713-724。】). 除snRNP外,许多与snRNP不稳定相关的蛋白质和蛋白质复合物也加入剪接体以促进和调节前mRNA剪接(Agafonov等。, 2011【Agafonov,D.E.,Deckert,J.,Wolf,E.,Odenwälder,P.,Bessonov,S.,Will,C.L.,Urlaub,H.&Lührmann,R.(2011),《分子细胞生物学》第31期,第2667-2682页。】). 对于每一轮剪接,剪接体通过snRNP和非nRNP蛋白的逐步结合在前mRNA上重新组装。其催化中心不是预先形成的,而是在组装过程中通过每个组装阶段特定RNA–蛋白质相互作用网络的重复、广泛重塑而出现的,最终通过两个酯交换反应引发内含子切除和外显子连接,称为步骤1和步骤2(Wahl等。, 2009[Wahl,M.C.,Will,C.L.和Lührmann,R.(2009)。细胞,136701-718。]; Will&Lührmann,2011年【Will,C.L.&Lührmann,R.(2011),《冷泉港透视生物学》3,a003707。】).

SnRNP本身通过复杂的途径组装,在U1、U2、U4和U5的情况下包括细胞质和核相(Will&Lührmann,2001【Will,C.L.&Lührmann,R.(2001),《细胞生物学》第13期,第290-301页。】; Matera&Wang,2014年【Matera,A.G.&Wang,Z.(2014),《分子细胞生物学自然评论》,第15期,第108-121页。】; 格罗斯等。, 2017【Gruss,O.J.、Meduri,R.、Schilling,M.和Fischer,U.(2017年)。《染色体》,第126、577-593页。】). 相应的snRNAs是由RNA聚合酶II(Pol II)合成的,Pol II用m修饰7G帽,由整合复合体加工并输出到细胞质。在这里,Sm蛋白通过蛋白精氨酸甲基转移酶5复合物和存活运动神经元(SMN)复合物逐步组装,在snRNAs中富含U的Sm位点周围形成环状结构。然后,三甲基鸟苷合酶1催化m的超甲基化7G盖产生m2,2,7个G盖。超甲基化帽和组装的Sm核心结构域作为复合核定位信号,促进Sm核心RNP重返核。

将颗粒特异性蛋白整合到snRNP中还需要特定的组装因子和伴侣。例如,在人类细胞中,衔接蛋白、核FMR1相互作用蛋白1和热休克蛋白90(HSP90)/Rvb1–Rvb2–Tah1–Pih1(RT2P)伴侣机制与核定位SMN复合体协同促进U4/U6特异性蛋白NHP2样蛋白1和前mRNA处理因子(PRPF)的整合31进入U4/U6 di-snRNP(比萨罗等。, 2015【Bizarro,J.、Dodré,M.、Huttin,A.、Charpentier,B.、Schlotter,F.、Branlant,C.、Verheggen,C.、Massenet,S.和Bertrand,E.(2015)。核酸研究43,8973-8989。】). HSP90/RT2P伴侣机制还支持由PRPF8蛋白(酵母中的Prp8p)、116kDa U5小核糖核蛋白组分(EFTUD2;酵母中的Snu114p),U5小核核蛋白200kDa解旋酶(SNRNP200;酵母中的Brr2p)和细胞质中的SNRNP40蛋白,从而促进成熟U5 snRNP(Malinová等。, 2017[Malinová,A.,Cvačková,Z.,Materějů,D.,Hořejší,Z..,Abéza,C.,Vandermoere,F.,Bertrand,E.,Stan \283,k,D.&Verheggen,C.(2017),《细胞生物学杂志》,第2161579-1596页。]). 后生动物(Malinová等。, 2017[Malinová,A.,Cvačková,Z.,Materějů,D.,Hořejší,Z..,Abéza,C.,Vandermoere,F.,Bertrand,E.,Stan \283,k,D.&Verheggen,C.(2017),《细胞生物学杂志》,第2161579-1596页。]; 克里米舍娃等。, 2021[克里米索娃,K.,沃亚奇科娃,J.,拉迪沃杰维奇,N.,范德莫尔,F.,伯特兰,E.,维尔赫根,C.&斯坦克,D.(2021),《国家通讯》第12卷,第3646页。]; 埃尔克伦茨等。, 2021【Erkelenz,S.、Stanković,D.、Mundorf,J.、Bresser,T.、Claudius,A.K.、Boehm,V.、Gehring,N.H.和Uhlirova,M.(2021)。核酸研究49,1688-1707。】; 伯格福德等。, 2022【Bergfort,A.、Hilal,T.、Kuropka,B.、Ilik,I.A.、Weber,G.、Aktaš,T.,Freund,C.和Wahl,M.C.(2022)。核酸研究50,2938-2958。】).

一些snRNP在前mRNA剪接过程中发生了深刻的重塑,需要特定的再循环机制来重组颗粒以进行进一步的剪接。例如,在剪接体激活期间,U4/U6双snRNP中广泛碱基配对的U4和U6 snRNAs被SNRNP200解旋酶解链,U4 snRNA和所有U4/U6-相关蛋白被置换(拉格鲍尔等。, 1998[Laggerbauer,B.,Achsel,T.&Lührmann,R.(1998).美国国家科学院院刊,95,4188-4192.]; Raghunathan和Guthrie,1998年【Raghunathan,P.L.和Guthrie,C.(1998),《当代生物学》第8期,第847-855页。】; 阿加福诺夫等。, 2011【Agafonov,D.E.,Deckert,J.,Wolf,E.,Odenwälder,P.,Bessonov,S.,Will,C.L.,Urlaub,H.&Lührmann,R.(2011),《分子细胞生物学》第31期,第2667-2682页。】). 此外,在人类细胞中,U5 snRNP以20S颗粒的形式进入剪接体,但由于加入PRPF19复合物和其他因子(Makarov等。2002年[Makarov,E.M.,Makarova,O.V.,Urlaub,H.,Gentzel,M.,Will,C.L.,Wilm,M.&Lührmann,R.(2002)。科学,2982205-2208。]). 迟到从头开始核Cajal小体中发生前mRNA剪接后snRNP的生物生成步骤和再循环(Staněk&Neugebauer,2004[StanŞk,D.和Neugebauer,k.M.(2004),细胞生物学杂志,1661015-1025.], 2006[Staněk,D.&Neugebauer,k.M.(2006)。染色体,115,343-354。]; 斯莱曼等。, 2001【Sleeman,J.E.,Ajuh,P.&Lamond,A.I.(2001),《细胞科学杂志》114,4407-4419。】; Sleeman&Lamond,1999年【Sleeman,J.E.和Lamond,A.I.(1999),《当代生物学》第9期,1065-1074页。】).

U5特异性PRPF8蛋白是最保守的核蛋白之一,在剪接体的催化中心协调蛋白质、snRNAs和前mRNA(Grainger&Beggs,2005【Grainger,R.J.和Beggs,J.D.(2005)。RNA,11533-557。】). PRPF8在其C末端包含两个调节性假酶结构域,包括RNase H样(RH)和Jab1/MPN-like(JM)折叠(Pena等。, 2007【Pena,V.,Liu,S.,Bujnicki,J.M.,Lührmann,R.&Wahl,M.C.(2007)。分子细胞,25,615-624。】, 2008【Mozaffari-Jovin,S.,Wandersleben,T.,Santos,K.F.,Will,C.L.,Lührmann,R.&Wahl,M.C.(2013),《科学》,第341期,第80-84页。】; 等。, 2007[Zhang,L.,Shen,J.,Guarnieri,M.T.,Heroux,A.,Yang,K.&Zhao,R.(2007)。蛋白质科学16,1024-1031。]; 等。, 2008【Yang,K.,Zhang,L.,Xu,T.,Heroux,A.&Zhao,R.(2008).美国国家科学院院刊,105,13817-13822.】; 里奇等。, 2008[Ritchie,D.B.,Schellenberg,M.J.,Gesner,E.M.,Raithatha,S.A.,Stuart,D.T.&MacMillan,A.M.(2008),《自然结构分子生物学》第15期,第1199-1205页。]). 在酵母中,A1顺反子拼接因子(Aar2p)被描述为一种U5 snRNP组装和再循环因子,它介导细胞质中缺乏Brr2p解旋酶的前U5 snRNA的形成(Gottschalk等。, 2001[Gottschalk,A.,Kastner,B.,Lührmann,R.&Fabrizio,P.(2001),《RNA》,第7期,第1554-1565页。]; Boon公司等。, 2007【Boon,K.-L.,Grainger,R.J.,Ehsani,P.,Barrass,J.D.,Auchynikava,T.,Inglehearn,C.F.&Beggs,J..D.(2007),《自然结构分子生物学》第14期,第1077-1083页。】). Aar2p同时结合Prp8p的RH和JM结构域(Weber等。, 2011[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Alves,F.L.,Santos,K.F.,Holton,N.,Rappsilber,J.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2011),《基因发展》第25期,第1601-1612页。], 2013[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Santos,K.F.,Jovin,S.M.,Heroven,A.C.,Holton,N.,Lührmann,R.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2013),《基因发展》27,525-540。]; 加莱伊等。, 2013【Galej,W.P.,Oubridge,C.,Newman,A.J.&Nagai,K.(2013),《自然》,493,638-643。】). 通过隔离Brr2p RNA解旋酶的主要结合位点Prp8p JM结构域,Aar2p最初阻止了Brr2p整合到U5 snRNP(Weber等。, 2013[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Santos,K.F.,Jovin,S.M.,Heroven,A.C.,Holton,N.,Lührmann,R.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2013),《基因发展》27,525-540。]; 加莱伊等。, 2013【Galej,W.P.,Oubridge,C.,Newman,A.J.&Nagai,K.(2013),《自然》,493,638-643。】). Aar2p伴随着Brr2p缺失的前U5 snRNP粒子进入核,其中磷酸化它的Ser253残基触发了Aar2p的重新折叠和释放,允许Brr2p进入U5 snRNP的生物发生(Boon等。, 2007【Boon,K.-L.,Grainger,R.J.,Ehsani,P.,Barrass,J.D.,Auchynikava,T.,Inglehearn,C.F.&Beggs,J..D.(2007),《自然结构分子生物学》第14期,第1077-1083页。】; 韦伯等。, 2013[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Santos,K.F.,Jovin,S.M.,Heroven,A.C.,Holton,N.,Lührmann,R.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2013),《基因发展》27,525-540。]).

在之前的研究中,我们证明人类Aar2p同源物AAR2是由c20或f4HeLa细胞中的基因及其稳定结合PRPF8 RH结构域在体外(桑托斯等。, 2015【Santos,K.,Preussner,M.,Heroven,A.C.&Weber,G.(2015),《水晶学报》F71,1421-1428。】). 然而,人类AAR2和酵母Aar2p仅表现出24%的序列一致性,质疑其结构和分子机制的保守程度。蛋白质组学研究和下拉实验表明,人类AAR2也参与U5-snRNP组装(Malinová等。, 2017[Malinová,A.,Cvačková,Z.,Materějů,D.,Hořejší,Z..,Abéza,C.,Vandermoere,F.,Bertrand,E.,Stan \283,k,D.&Verheggen,C.(2017),《细胞生物学杂志》,第2161579-1596页。]; 克里米舍娃等。, 2021[克里米索娃,K.,沃亚奇科娃,J.,拉迪沃杰维奇,N.,范德莫尔,F.,伯特兰,E.,维尔赫根,C.&斯坦克,D.(2021),《国家通讯》第12卷,第3646页。])人类AAR2已被鉴定为与PRPF8、EFTUD2、SNRNP200和SNRNP40(Malinová等。, 2017[Malinová,A.,Cvačková,Z.,Materějů,D.,Hořejší,Z..,Abéza,C.,Vandermoere,F.,Bertrand,E.,Stan \283,k,D.&Verheggen,C.(2017),《细胞生物学杂志》,第2161579-1596页。]),确实表明了酵母和人类中Aar2p/AAR2介导的U5 snRNP组装步骤的潜在差异。

这里,我们报告一个共晶人AAR2与PRPF8 RH结构域(PRPF8)复合物的结构右侧)并进一步研究AAR2与PRPF8片段和SNRNP200解旋酶的相互作用在体外与酵母中的情况相反,我们发现人类AAR2–PRPF8右侧复合物不结合PRPF8 JM结构域,因此允许形成三聚体AAR2–PRPF8–SNRNP200复合物。与酵母一样,人类AAR2–PRPF8右侧相互作用被取消在体外通过磷酸模拟S284E(酵母中的S253E)突变,表明AAR2通过磷酸化。此外,AAR2似乎锁定了PRPF8右侧在第一步构象中,将构象开关阻断为第二步,Mg2+-U5-snRNP生物发生过程中的协同构象。我们的研究结果首次揭示了人类AAR2–PRPF8右侧并暗示AAR2在剪接体组装中的作用与在酵母中不同。

2.材料和方法

2.1. 蛋白质复合物的克隆、表达、蛋白质纯化和重组

我们使用了一种改进的pFL载体,该载体编码一种截短版本的人类SNRNP200,缺少前394个残基(残基395–2136),并且含有一个N末端,TEV-可裂解的His10标签(桑托斯等。, 2012【Santos,K.F.,Jovin,S.M.,Weber,G.,Pena,V.,Lührmann,R.&Wahl,M.C.(2012),美国国家科学院院刊,109,17418-17423。】),编码人类PRPF8的pET-M11质粒右侧(残基1747–2016),并且含有N末端,TEV可裂解His6标签(佩纳等。, 2008[Pena,V.,Rozov,A.,Fabrizio,P.,Lührmann,R.和Wahl,M.C.(2008)。EMBO J.272929-2940。]; 韦伯等。, 2011[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Alves,F.L.,Santos,K.F.,Holton,N.,Rappsilber,J.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2011),《基因发展》第25期,第1601-1612页。]),编码人类PRPF8的pET-M11质粒吉咪(残基2064–2335)并含有N末端TEV-可裂解GST标签(Mozaffari-Jovin等。, 2013【Mozaffari-Jovin,S.,Wandersleben,T.,Santos,K.F.,Will,C.L.,Lührmann,R.&Wahl,M.C.(2013),《科学》,第341期,第80-84页。】)和编码人类AAR2或AAR2的pFL载体Δ(氨基酸残基170–200被三个丝氨酸取代的AAR2),两个AAR2结构均含有N末端,TEV-cleavable His10标签(桑托斯等。, 2015【Santos,K.,Preussner,M.,Heroven,A.C.&Weber,G.(2015),《水晶学报》F71,1421-1428。】),如前所述。插入物来自密码优化的合成基因。编码PRPF8 C末端片段的DNA片段(包括RH和JM结构域;PRPF8RH-JM公司; 残基1760–2335)从密码子优化的PCR扩增prpf8型利用XhoI和NdeI(NEB)通过限制性酶克隆将合成基因克隆到pIDK供体载体中。序号200395–2136-pFL和prpf8型1760–2335-通过Cre-Lox重组融合pIDK并用于bacmid制备。利用EcoRI和HindIII(NEB)的限制性酶克隆技术,将编码人类AAR2残基1–364的密码优化DNA片段克隆到改良的pFL载体中,以指导AAR2的产生1–364包含C末端His6标签。利用BamHI和XhoI将编码人类AAR2的密码优化DNA片段克隆到pcDNA3.1(+)中限制性内切酶(NEB)指导包含N端FLAG标签的AAR2的生产。根据制造商的说明,使用QuikChange定点突变试剂盒(Stratagene)引入突变。所有结构均通过染料终止测序(Seqlab)进行验证。

纯化人SNRNP200395–2136(8毫克毫升−1; 桑托斯等。, 2012【Santos,K.F.,Jovin,S.M.,Weber,G.,Pena,V.,Lührmann,R.&Wahl,M.C.(2012),美国国家科学院院刊,109,17418-17423。】),PRPF8右侧(30毫克毫升−1; 佩纳等。, 2008【佩纳·V、罗佐夫·A、法布里奇奥·P、吕尔曼·R和瓦尔·M·C(2008)。EMBO J.27,2929-2940。】),PRPF8吉咪(10)毫克毫升−1; 莫扎法里·乔文等。, 2013【Mozaffari-Jovin,S.,Wandersleben,T.,Santos,K.F.,Will,C.L.,Lührmann,R.&Wahl,M.C.(2013),《科学》,第341期,第80-84页。】),AAR2(12毫克毫升−1; 桑托斯等。, 2015【Santos,K.,Preussner,M.,Heroven,A.C.&Weber,G.(2015),《水晶学报》F71,1421-1428。】),AAR2Δ(12毫克毫升−1; 桑托斯等。, 2015【Santos,K.,Preussner,M.,Heroven,A.C.&Weber,G.(2015),《水晶学报》F71,1421-1428。】),一个SNRNP200395–2136–PRPF8吉咪复杂(Mozaffari-Jovin等。, 2013【Mozaffari-Jovin,S.,Wandersleben,T.,Santos,K.F.,Will,C.L.,Lührmann,R.&Wahl,M.C.(2013),《科学》,第341期,第80-84页。】; 8毫克毫升−1)和AAR2–PRPF8右侧复合(20毫克毫升−1; 桑托斯等。, 2015【Santos,K.,Preussner,M.,Heroven,A.C.&Weber,G.(2015),《水晶学报》F71,1421-1428。】)如前所述获得。美国航空航天局21–364(11毫克毫升−1)按照AAR2的描述进行生产和纯化,但省略了TEV蛋白酶切割步骤,留下了His6标签完好无损。SNRNP200号395–2136和PRPF8RH-JM公司基于从Sf9细胞中的重组杆状病毒衍生的重组杆状病毒共同生产。用于纯化SNRNP200395–2136–PRPF8RH-JM公司复合物,细胞在再悬浮缓冲液中再悬浮[50M(M)Tris–HCl pH值8.0,300M(M)氯化钠,5%(v(v)/v(v))甘油,1M(M)DTT,0.05%(v(v)/v(v))NP40]补充EDTA-游离蛋白酶抑制剂(罗氏)和DNase I(NEB),并通过超声溶解。离心后,过滤约50个柱体积的裂解液并通过Ni–NTA珠(Qiagen)。用10柱体积的再悬浮缓冲液(含15M(M)咪唑。捕获的络合物用两个柱体积的含500的再悬浮缓冲液洗脱M(M)咪唑、TEV蛋白酶(0.5每毫升蛋白质溶液中添加mg),并对混合物进行20倍透析M(M)HEPES–NaOH pH 7.5,200M(M)氯化钠,1M(M)4°C下隔夜DTT。五个柱体积的缓冲交换样品再次通过Ni–NTA珠,并收集流动。该复合物的最终浓度为7毫克毫升−1并通过进一步纯化尺寸排除色谱法(SEC)于20年在Superdex S200 10/300列(GE Healthcare)上M(M)HEPES–NaOH pH 7.5,200M(M)氯化钠,1M(M)数字电视。

2.2. 分析尺寸-排除色谱法

单个蛋白质和蛋白质混合物通过分析SEC在Superdex 200 Increase PC3.2/30色谱柱(GE Healthcare)上分析M(M)Tris–HCl pH值7.5,250M(M)氯化钠,0.5M(M)流量为50–70时的DTT微升最小值−1为了分析复合物的形成,蛋白质(浓度如第2.1节所述[链接])以等摩尔比混合在60µl大小的隔离缓冲液并培养30冰块上的最小值。洗脱组分补充SDS-PAGE负载缓冲液,并通过SDS-PACE进行分析。

2.3. 晶体学分析

人类AAR2结晶Δ–PRPF8右侧综合体已在前面描述过(桑托斯等。, 2015【Santos,K.,Preussner,M.,Heroven,A.C.&Weber,G.(2015),《水晶学报》F71,1421-1428。】). 简单地说,1µl纯化人AAR2Δ–PRPF8右侧复合物浓缩至14毫克毫升−1在20中M(M)Tris–HCl pH值7.5,150M(M)氯化钠,0.5M(M)DTT采用等体积的储层溶液结晶,溶液由0.1组成M(M)HEPES pH 7.0,10%(w个/v(v))聚乙二醇6000,5%(v(v)/v(v))2-甲基-2,4-戊二醇。将晶体转移到补充了10%的储液罐溶液中(v(v)/v(v))2-甲基-2,4-戊二醇和液氮闪冷。在德国柏林BESSY II储存环的光束线BL14.1、BL14.2和BL14.3上以及在德国汉堡PETRA III储存环的束线P14上收集了衍射数据(100K和被处理XDS公司(卡布施,2010年【Kabsch,W.(2010),《结晶学报》,D66,125-132。】). 该结构由分子置换具有相位器(麦考伊等。, 2007【McCoy,A.J.,Grosse-Kunstleve,R.W.,Adams,P.D.,Winn,M.D.,Storoni,L.C.&Read,R.J.(2007),《应用结晶杂志》,第40期,第658-674页。】)使用链条A类人类PRPF8RH(PDB入口)的结构坐标3e9升; 佩纳等。, 2008[Pena,V.,Rozov,A.,Fabrizio,P.,Lührmann,R.和Wahl,M.C.(2008)。EMBO J.272929-2940。])省略了水分子。AAR2的初始模型Δ通过自动建模获得子单元菲尼克斯汽车(亚当斯等。, 2010【Adams,P.D.,Afonine,P.V.,Bunkóczi,G.,Chen,V.B.,Davis,I.W.,Echols,N.,Headd,J.J.,Hung,L.-W.,Kapral,G.J.,Grosse-Kunstleve,R.W.,McCoy,A.J.,Moriarty,N.W.,Oeffner,R.,Read,R.J.,Richardson,D.C.,Richards,J.S.,Terwilliger,T.C.&Zwart,P.H.(2010),《水晶学报》D66,213-221。】). 该模型通过交替的自动循环完成精细化使用菲尼克斯定义(黄嘌呤等。, 2012【Afonine,P.V.,Grosse-Kunstleve,R.W.,Echols,N.,Headd,J.J.,Moriarty,N.W.,Mustakimov,M.,Terwilliger,T.C.,Urzhumtsev,A.,Zwart,P.H.&Adams,P.D.(2012),《结晶学报》D68,352-367。】)和手动建模使用库特(埃姆斯利等。, 2010【Emsley,P.、Lohkamp,B.、Scott,W.G.和Cowtan,K.(2010),《水晶学报》D66、486-501。】). 最终模型的质量通过摩尔概率(陈)等。, 2010【Chen,V.B.、Arendall,W.B.、Headd,J.J.、Keedy,D.A.、Immormino,R.M.、Kapral,G.J.,Murray,L.W.、Richardson,J.S.和Richardsson,D.C.(2010),《晶体学报》,D66,12-21。】). 值得注意的是,在F类o个 − F类c(c)地图。结构图是用PyMOL公司(薛定谔)。

3.结果

3.1.晶体结构人类AAR2Δ–PRPF8右侧复杂的

酵母Aar2p与Prp8p-RH和JM结构域或全长Prp8p复合物的结构已被报道(韦伯等。, 2011[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Alves,F.L.,Santos,K.F.,Holton,N.,Rappsilber,J.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2011),《基因发展》第25期,第1601-1612页。], 2013[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Santos,K.F.,Jovin,S.M.,Heroven,A.C.,Holton,N.,Lührmann,R.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2013),《基因发展》27,525-540。]; 加莱伊等。, 2013【Galej,W.P.,Oubridge,C.,Newman,A.J.&Nagai,K.(2013),《自然》,493,638-643。】). 相比之下,人类AAR2的结构与酵母同源序列只有24%的同源性(补充图S1),其与PRPF8相互作用的结构基础尚不清楚。我们之前报道过一种人类AAR2变体的结晶,其中一个内环(残基170-200)被三个丝氨酸残基(AAR2)取代Δ)与PRPF8复合右侧(桑托斯等。, 2015【Santos,K.,Preussner,M.,Heroven,A.C.&Weber,G.(2015),《水晶学报》F71,1421-1428。】). 在酵母Aar2p中,相应的内环被证明阻碍结晶,是蛋白酶可裂解的,并且与Prp8p C-末端结构域的相互作用无关(Weber等。, 2011[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Alves,F.L.,Santos,K.F.,Holton,N.,Rappsilber,J.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2011),《基因发展》第25期,第1601-1612页。], 2013[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Santos,K.F.,Jovin,S.M.,Heroven,A.C.,Holton,N.,Lührmann,R.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2013),《基因发展》27,525-540。]; 桑托斯等。, 2015[Santos,K.,Preussner,M.,Heroven,A.C.和Weber,G.(2015)。晶体学报F71,1421-1428。]). 这里,我们报告晶体结构人类AAR2Δ–第8页右侧2.35的综合体奥分辨率。该结构由分子置换具有相位器使用PRPF8的结构坐标右侧(PDB条目3e9升; 佩纳等。, 2008【佩纳·V、罗佐夫·A、法布里奇奥·P、吕尔曼·R和瓦尔·M·C(2008)。EMBO J.27,2929-2940。】)作为分子置换搜索模型(表1[链接]).

表1
结晶数据(桑托斯等。, 2015【Santos,K.,Preussner,M.,Heroven,A.C.&Weber,G.(2015),《水晶学报》F71,1421-1428。】)和精细化

括号中的值表示最高分辨率外壳。

数据收集
波长(Ω) 1.24
温度(K) 100
“空间”组 C类2
b条c(c)(Å) 145.28, 57.26, 111.23
αβγ(°) 90, 112.74, 90
分辨率(Ω) 99.90–2.35 (2.41–2.35)
独特的反射 34687 (2502)
完整性(%) 97.6 (95.6)
多重性 3.8 (3.9)
 〈/σ()〉 15.6 (1.7)
R(右)合并() 0.05 (0.92)
科科斯群岛1/2 99.9 (76.5)
精炼
分辨率(Ω) 48.21–2.35 (2.42–2.35)
反射总数 34678(2667)
完整性(%) 97.7 (95.7)
测试集中的反射(%) 4.96 (4.87)
R(右)工作§ 0.189 (0.347)
R(右)自由的 0.235 (0.418)
ESU公司††(Å) 0.35
非对称单元的内容
  蛋白质分子/残留物 2/574
  水的含氧物 147
平均值B类因子(λ2)
  威尔逊 55.39
  蛋白质 77.81
  溶剂 65.02
拉马钱德兰阴谋‡‡(%)
  支持 95.58
  允许 4.42
  异常值 0
相对标准偏差。§§来自目标几何体
  粘结长度(Ω) 0.009
  粘结角度(°) 0.990
  二面角(°) 115.920
PDB代码 7磅/小时
R(右)合并() =[\textstyle\sum_{hkl}\sum_}|i_{i}(hkl)-\langle i(hk1)\rangle|/][\textstyle\sum_{hkl}\sum_{i} 我_{i} (香港)]对于对给定反射的观察香港特别行政区; 〈(香港特别行政区)〉是观察。
CC(立方厘米)1/2= (〈2〉 − 〈2)/(〈2〉 − 〈2) +[\西格玛^{2}_{\varepsilon}],其中[\西格玛^{2}_{\varepsilon}]是半个数据集内的平均误差(Karplus&Diederichs,2012【Karplus,P.A.&Diederichs,K.(2012),《科学》,3361030-1033。】).
§R(右)工作=[\textstyle\sum_{hkl}\big||F_{rm obs}|-|F_}\rm calc}|\big|/][\textstyle\sum_{hkl}|F_{rm obs}|](适用于工作装置;否σ已应用截止值)。
R(右)自由的与相同R(右)工作但根据从中排除的反射测试集计算精细化。
††根据最大可能性。
计算公式菲尼克斯定义(黄嘌呤等。, 2012【Afonine,P.V.,Grosse-Kunstleve,R.W.,Echols,N.,Headd,J.J.,Moriarty,N.W.,Mustakimov,M.,Terwilliger,T.C.,Urzhumtsev,A.,Zwart,P.H.&Adams,P.D.(2012),《结晶学报》D68,352-367。】).
§§根-平方偏差。

除了10个N末端残基之外,跨区域残基159–201包括内环的三个连接残基170–200的丝氨酸,内环是一个连接螺旋的环α9和α10(残基313–321)和6个AAR2的C末端残基Δ(补充图S1),AAR2的所有残留物Δ和PRPF8右侧可以可靠地模拟成定义明确的电子密度(补充图S2). AAR2的残留物65–71和PRPF8的2001–2008残留物右侧由于较弱的电子密度而以低置信度建模。

尽管序列同源性低,但人类AAR2的整体结构Δ在AAR2中Δ–PRPF8右侧复合物与酵母Aar2p非常相似Δ与Prp8p RH和JM域(Weber等。, 2013[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Santos,K.F.,Jovin,S.M.,Heroven,A.C.,Holton,N.,Lührmann,R.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2013),《基因发展》27,525-540。]; 加莱伊等。, 2013【Galej,W.P.,Oubridge,C.,Newman,A.J.&Nagai,K.(2013),《自然》,493,638-643。】; 平方根偏差2.13330 AAR2和342 Aar2p C的236对α原子;补充图S3). 正如之前对Aar2p的观察(韦伯等。, 2011[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Alves,F.L.,Santos,K.F.,Holton,N.,Rappsilber,J.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2011),《基因发展》第25期,第1601-1612页。], 2013[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Santos,K.F.,Jovin,S.M.,Heroven,A.C.,Holton,N.,Lührmann,R.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2013),《基因发展》27,525-540。]; 加莱伊等。, 2013【Galej,W.P.,Oubridge,C.,Newman,A.J.&Nagai,K.(2013),《自然》,493,638-643。】),人类AAR2Δ展示了N末端结构域(NTD;残基10–158),主要由β-股,一股α-螺旋C末端结构域(CTD;残基202–364)和C末端不规则结构的尾部(残基365–384)(图1[链接]).

[图1]
图1
()晶体结构人类AAR2Δ–PRPF8右侧复杂。本图和下图的配色方案:AAR2Δ,橙色;PRPF8型右侧,淡蓝色;橙色虚线表示柔性回路(标记为Ser)在连接其两个结构域的AAR2中,被AAR2中的三个丝氨酸残基取代Δ(桑托斯等。, 2015【Santos,K.,Preussner,M.,Heroven,A.C.&Weber,G.(2015),《水晶学报》F71,1421-1428。】)以及残基313和321之间的另一个较小的柔性环(标记为柔性环)。N和C端子以及β-PRPF8的手指模块右侧已标记。(b条)人PRPF8和酵母Prp8p的RH结构域与人AAR2复合物的重叠Δ和酵母Aar2p/PRPF8吉咪(PDB条目第四章43; 加莱伊等。, 2013【Galej,W.P.,Oubridge,C.,Newman,A.J.&Nagai,K.(2013),《自然》,493,638-643。】)分别在更大的PRPF8背景下说明人类AAR2。本图和下图的配色方案:Aar2p,栗色;项目8p右侧,深蓝色;项目8p吉咪,青色。(c(c))人类AAR2的比较Δ–PRPF8右侧复合物和酵母Aar2pΔ–第8页右侧–Prp8p吉咪复杂(PDB条目4升; 韦伯等。, 2013[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Santos,K.F.,Jovin,S.M.,Heroven,A.C.,Holton,N.,Lührmann,R.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2013),《基因发展》27,525-540。])通过RH域的叠加。红色虚线,Aar2p(韦伯等。, 2013[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Santos,K.F.,Jovin,S.M.,Heroven,A.C.,Holton,N.,Lührmann,R.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2013),《基因发展》27,525-540。]). (d日e(电子))酵母Aar2p界面区域I的特写视图Δ–第8页右侧–Prp8p吉咪复杂(d日)和人类AAR2Δ–PRPF8右侧复杂(e(电子)). ((f))酵母Aar2p界面区域II的特写视图Δ–Prp8p右侧–Prp8p吉咪复杂((f))和人类AAR2Δ–PRPF8右侧复杂(). 在(d日(f))下图中相互作用的残基显示为按原子类型着色的棒状物,其中碳色为各自的蛋白质,氮为蓝色,氧为红色,硫为黄色;绿色球体是水分子,黑色虚线表示氢键或盐桥,旋转符号表示相对于().

在全长酵母Aar2p–Prp8p结构中(PDB条目第四章43; 加莱伊等。, 2013【Galej,W.P.,Oubridge,C.,Newman,A.J.&Nagai,K.(2013),《自然》,493,638-643。】),Aar2p的C末端肽结构完整,与其他几个Prp8p结构域接触。与当前人类AAR2–RH复合物结构的叠加表明,由于人类AAR2 C末端肽较短,与其他PRPF8结构域的接触可能有限。因此,酵母和人类Aar2p/AAR2的重要功能C-末端肽的差异可能暗示了AAR2在人类U5-snRNP或U4/U6-U5-tri-snRNP组装中的作用模式有所不同。

尽管这两种成分的整体结构相似,但酵母和人类Prp8p之间的蛋白质界面右侧/PRPF8型右侧和Aar2p/AAR2明显不同。与酵母一样,NTD缺乏与PRPF8的直接相互作用右侧而AAR2的CTD和C端子尾部与PRPF8建立了两个接口右侧(分别为接口I和接口II;图1[链接]–1[链接]c(c)). 在接口I中,AAR2的边缘ΔCTD横向触点PRPF8右侧(图1[链接]d日和1[链接]e(电子)). 界面II由AAR2的C末端残基366–377构建,延伸穿过凸出物下方的PRPF8 RH域β-手指模块(图1[链接](f)和1[链接]). 这两个界面在酵母和人类系统中埋藏了相当的表面积(界面I、399和412Å2分别为;接口II、733和511Å2)。

界面I以疏水接触为主,12个PRPF8中只有4个右侧-酵母Aar2p和人类AAR2之间保守的相互作用残基,强调了相互作用的不同组织。界面I的保守核心包括AAR2的Ile225(Aar2p中的Ile189)和PRPF8的Val1874之间的相互作用右侧(Aar2p中的Val1946)以及AAR2的Met230(AAR2中的Met195)和PRPF8的Trp1839之间右侧(Aar2p中的Trp1911)(图1[链接]d日和1[链接]e(电子);补充图S1). 与酵母Aar2p相比,AAR2 CTD具有两个延伸螺旋(α11和α12;补充图S3). 此外,Ile225和Met230沿α5螺旋与酵母Aar2p中的等效残基进行比较(图1[链接]d日和1[链接]e(电子))导致人类AAR2的角度明显不同Δ与酵母Aar2p相比,接触PRPF8 RH结构域Δ在Aar2p中Δ–Prp8p右侧–Prp8p吉咪复杂(图1[链接]c(c)). 此外,AAR2Δ参与界面II的残基在酵母和人类之间仅部分保守(八个残基中的两个;补充图S1).

3.2. 人类和酵母中AAR2–PRPF8–SNRNP200和Aar2p–Prp8p–Brr2p相互作用的相似性和差异性

AAR2的保守性较低,与PRPF8的界面存在显著差异右侧对AAR2功能和剪接体内的相互作用有明显影响。测试AAR2之间特定接触的重要性Δ和PRPF8右侧在我们的共晶结构,我们对野生型(WT)蛋白和变体进行了SEC分析。为此,我们研究了WT AAR2与WT PRPF8的结合右侧在之前的工作中,此处仅显示用于比较(图2[链接]–2[链接]c(c); 桑托斯等。, 2015【Santos,K.,Preussner,M.,Heroven,A.C.&Weber,G.(2015),《水晶学报》F71,1421-1428。】). 在酵母中,Aar2p的C末端尾部对Prp8是不必要的右侧装订(韦伯等。, 2011[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Alves,F.L.,Santos,K.F.,Holton,N.,Rappsilber,J.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2011),《基因发展》第25期,第1601-1612页。]). 相反,在人类系统中,AAR21–364缺少C末端尾部,不再与PRPF8稳定结合右侧(图2[链接]–2[链接]d日). 同样,转换PRPF8的Trp1839右侧或AAR2的Met230,其是界面I的保守核心的一部分,单独到丙氨酸残基消除了复合物的形成(图2[链接]e(电子)和2[链接](f)). 同样,酵母的情况不同,其中只有Prp8p的Trp1911右侧(相当于人类PRPF8中的Trp1839右侧),但不是Aar2p的Met195(相当于人类AAR2中的Met230),对交互至关重要(韦伯等。, 2013[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Santos,K.F.,Jovin,S.M.,Heroven,A.C.,Holton,N.,Lührmann,R.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2013),《基因发展》27,525-540。]).

[图2]
图2
探测AAR2中的相互作用区域和残基Δ–PRPF8右侧(小时)SDS-PAGE分析(左)和UV洗脱曲线(右)尺寸排除色谱法运行监测AAR2变体、PRPF8之间的相互作用右侧变体和PRPF8吉咪()–(c(c))改编自桑托斯等。(2015【Santos,K.,Preussner,M.,Heroven,A.C.&Weber,G.(2015),《水晶学报》F71,1421-1428。】)显示和以进行比较。车道M,分子质量标准(kDa);通道I,输入样本。蛋白质带位于右侧。凝胶和剖面图顶部显示了洗脱馏分;洗脱体积显示在剖面图的底部。图标在底部解释。变量显示在相应图标下方。用透明图标标记的峰值代表各自蛋白质的过量。

AAR2–PRP8的低序列保守性和由此产生的结构差异右侧界面也可能对AAR2周围更广泛的蛋白质相互作用网络产生影响。酵母中Aar2p与Prp8p RH和JM结构域的同时结合将JM结构区隔离,防止Brr2p RNA解旋酶与Aar2p-pre-U5 snRNP结合(Weber等。, 2013[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Santos,K.F.,Jovin,S.M.,Heroven,A.C.,Holton,N.,Lührmann,R.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2013),《基因发展》27,525-540。]; 加莱伊等。, 2013【Galej,W.P.,Oubridge,C.,Newman,A.J.&Nagai,K.(2013),《自然》,493,638-643。】). 酵母中的Aar2p–Prp8p复合物(Weber等。, 2011[Weber,G.、Cristão,V.F.、Alves,F.L.、Santos,K.F.、Holton,N.、Rappsilber,J.、Beggs,J.D.和Wahl,M.C.(2011)。基因发展,251601-1612。], 2013[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Santos,K.F.,Jovin,S.M.,Heroven,A.C.,Holton,N.,Lührmann,R.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2013),《基因发展》27,525-540。]; 加莱伊等。, 2013【Galej,W.P.,Oubridge,C.,Newman,A.J.&Nagai,K.(2013),《自然》,493,638-643。】),Aar2p的C端尾部沿着突出的Prp8p延伸右侧 β-手指模块,架线β-手指和中央Prp8p吉咪 β-将片状物形成一个延伸的分子间β-结构(图1[链接]b条和1[链接]c(c)).

而人类AAR2中C末端尾部的开始Δ与PRPF8保持类似的互动右侧例如在酵母中,使用Val373–Val375形成短β-PRPF8的三个氢键片右侧,C端尾部的远端部分(Val374以外)偏离Aar2p C端尾部方向(图1[链接]b条和1[链接]c(c)). 在酵母中,倒数第二位的形成β-Aar2p链及其伴随的JM从Brr2p中的隔离完全由Aar2pC末端的一系列疏水残基介导,这些疏水残基与相邻的疏水残基是互补的β-RH和JM股(韦伯等。, 2013[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Santos,K.F.,Jovin,S.M.,Heroven,A.C.,Holton,N.,Lührmann,R.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2013),《基因发展》27,525-540。]; 加莱伊等。, 2013【Galej,W.P.,Oubridge,C.,Newman,A.J.&Nagai,K.(2013),《自然》,493,638-643。】). 基于结构的比对显示,AAR2、Pro378、Glu379、Gly380和Glu382的C末端残基不太可能支持β-与相应的高度保守的PRPF8残基形成薄片右侧 β-手指和PRPF8吉咪由于它们的空间或极性(补充图S1; 比较图1[链接](f)和1[链接]). 然而,我们不能排除hAAR2的C末端在全长蛋白质的背景下可能与PRPF8 JM结构域发生酵母样的相互作用。

人类AAR2的C末端尾巴Δ在观察到的构象中不能同时结合PRPF8吉咪酵母中观察到的结构域。事实上,也证实了先前的研究(马利诺娃等。, 2017[Malinová,A.,Cvačková,Z.,Materějů,D.,Hořejší,Z..,Abéza,C.,Vandermoere,F.,Bertrand,E.,Stan \283,k,D.&Verheggen,C.(2017),《细胞生物学杂志》,第2161579-1596页。]),AAR2–PRPF8右侧未稳定结合PRPF8吉咪在分析SEC中(图2[链接]和2[链接]小时)并未能隔离PRPF8吉咪来自预先形成的SNRNP200395–2136–PRPF8吉咪复杂(图3[链接]和3[链接]b条).

[图3]
图3
探测AAR2Δ–PRPF8–SNRNP200相互作用和AAR2磷酸化。(d日)SDS-PAGE分析(左)和UV洗脱曲线(右)尺寸排除色谱法运行监测AAR2、PRPF8之间的相互作用RH-JM公司和SNRNP200395–2136(b条)以及AAR2、PRPF8右侧,PRPF8吉咪和SNRNP200395–2136(c(c)d日). (e(电子))AAR2区域特写Δ–PRPF8右侧AAR2的Ser284周围Δ酵母Aar2p中的相应区域在等效Ser253被磷酸模拟谷氨酸残基(Weber等。, 2013[Weber,G.、Cristão,V.F.、Santos,K.F.、Jovin,S.M.、Heroven,A.C.、Holton,N.、Lührmann,R.、Beggs,J.D.和Wahl,M.C.(2013)。基因发展,27225-540。]). ((f))SDS-PAGE分析(顶部)和UV洗脱曲线(底部)尺寸排除色谱法运行监控AAR2之间的交互S284E型和PRPF8右侧在显示SDS–PAGE凝胶和洗脱曲线的面板中,通道M包含分子质量标准(kDa),通道I包含输入样品。蛋白质带位于右侧。凝胶和剖面图顶部显示了洗脱馏分;洗脱体积显示在剖面图的底部。图标在底部进行了说明。变量显示在相应图标下方。用透明图标标记的峰值代表各自蛋白质的过量。

AAR2单独或与PRPF8复合右侧不能稳定地与SNRNP200结合395–2136或至SNRNP200395–2136–PRPF8吉咪复合物(图3[链接]c(c)和3[链接]d日). 相反,稳定的AAR2–PRPF8RM-JM公司–SNRNP200号395–2136混合组分后形成三元络合物(图3[链接]b条).

3.3. 守恒Aar2磷酸化在人类和酵母之间

Aar2p可以在五个位置磷酸化体内(Ser253、Thr274、Tyr328、Ser331和Thr345)和Aar2p的磷酸拟态S253D或S253E变体干扰了酵母提取物中Aar2p-Prp8p的相互作用(Weber等。, 2011[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Alves,F.L.,Santos,K.F.,Holton,N.,Rappsilber,J.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2011),《基因发展》第25期,第1601-1612页。]). 一种磷酸类似物Aar2p的结构分析S253E型变体表明磷酸化导致Aar2p CTD的局部构象重排,从而破坏Prp8p右侧绑定站点(Weber等。, 2011[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Alves,F.L.,Santos,K.F.,Holton,N.,Rappsilber,J.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2011),《基因发展》第25期,第1601-1612页。]). 基于结构的序列比对显示,人类AAR2中的Ser284与酵母Aar2p中的Ser253相对应(补充图S1; 图3[链接]e(电子))在人类肝癌细胞(Hornbeck)中发现AAR2在Ser284处磷酸化等。, 2012【Hornbeck,P.V.,Kornhauser,J.M.,Tkachev,S.,Zhang,B.,Skrzypek,E.,Murray,B.,Latham,V.&Sullivan,M.(2012),《核酸研究》40,D261-D270。】). 概述酵母中的情况,AAR2第284页磷酸化变体未能稳定结合PRPF8右侧在分析SEC中(图3[链接](f)). 总之,我们的相互作用研究揭示了AAR2/Aar2p区域在人类和酵母系统中与PRPF8/Prp8p RH结构域保持稳定相互作用的相对重要性的差异。此外,AAR2不会螯合PRPF8JM结构域,以间歇性地阻止SNRNP200与U5-snRNP的结合。从PRPF8置换AAR2可能涉及可逆磷酸化Ser284的AAR2。因此,在酵母和人类中,U5 snRNP组装步骤的细节明显不同。

3.4. 人类AAR2抵消PRPF8 RH域中的2级构象

中的突变prpf8型基因可导致视网膜色素变性(RP;Růzi ičková&Staněk,2017)【Růzićková,Š.&Staněk,D.(2017),《RNA生物学》第14期,第544-552页。】)这是一种导致人类失明的疾病,相应的PRPF8/Prp8p变异体导致U5 snRNP组装缺陷(Malinová等。, 2017[Malinová,A.,Cvačková,Z.,Materějů,D.,Hořejší,Z..,Abéza,C.,Vandermoere,F.,Bertrand,E.,Stan \283,k,D.&Verheggen,C.(2017),《细胞生物学杂志》,第2161579-1596页。])和拼接(Mayerle&Guthrie,2016【Mayerle,M.和Guthrie,C.(2016)。RNA,22793-809。】; 莫扎法里·乔文等。, 2013【Mozaffari-Jovin,S.,Wandersleben,T.,Santos,K.F.,Will,C.L.,Lührmann,R.&Wahl,M.C.(2013),《科学》,第341期,第80-84页。】)在人类和酵母中。在面包酵母中,两套第8页突变等位基因,与破坏剪接第一或第二步的人类RP相关突变相对应,聚集在Prp8p RH结构域中(Grainger&Beggs,2005【Grainger,R.J.和Beggs,J.D.(2005)。RNA,11533-557。】).

此外,人类PRPF8 RH结构域可以在突起处经历构象转换β-手指模块,具有促进第一步的一种构象和一种替代品Mg2+-支持剪接第二步的结合构象(谢伦伯格等。, 2013【Schellenberg,M.J.,Wu,T.,Ritchie,D.B.,Fica,S.,Staley,J.P.,Atta,K.,LaPointe,P.&MacMillan,A.M.(2013),《自然结构分子生物学》,第20期,第728-734页。】). 尽管之前报道的生化和结构证据支持这种转换,但我们对AAR2–PRPF8的警告右侧结构可能是RHβ-手指模块与相邻的对称相关RH进行晶体接触β-手指模块。然而,最近剪接体的低温电镜结构也证实了这种构象转换,使PRPF8 RH结构域变体的一些效应合理化,并证明了在酵母和人类的剪接反应中PRPF8/Prp8p RH结构区的重复远程重新定位(Wan等。,2016年[Wan,R.、Yan,C.、Bai,R.,Huang,G.&Shi,Y.(2016).科学,353,895-904.]; Bertram、Agafonov、Liu等。, 2017[Bertram,K.、Agafonov,D.E.、Liu,W.-T.、Dybkov,O.、Will,C.L.、Hartmuth,K.和Urlaub,H.、Kastner,B.、Stark,H.和Lührmann,R.(2017)。《自然》,542,318-323。]; 等。, 2015[Yan,C.,Hang,J.,Wan,R.,Huang,M.,Wong,C.C.L.&Shi,Y.(2015).科学,349,1182-1191.], 2017[Yan,C.、Wan,R.、Bai,R.,Huang,G.&Shi,Y.(2017),《科学》,第355、149-155页。]; 等。, 2017[张,X.,Yan,C.,Hang,J.,Finci,L.I.,Lei,J.&Shi,Y.(2017).细胞,169,918-929.]; 伯特伦、阿加福诺夫、迪布科夫等。, 2017[Bertram,K.,Agafonov,D.E.,Dybkov,O.,Haselbach,D.,Leelaram,M.N.,Will,C.L.,Urlaub,H.,Kastner,B.,Lührmann,R.&Stark,H.(2017).细胞,170,701-713.]; 劳胡特等。,2016年[Rauhut,R.、Fabrizio,P.、Dybkov,O.、Hartmuth,K.、Pena,V.、Chari,A.、Kumar,V.,Lee,C.-T.、Urlaub,H.、Kastner,B.、Stark,H.&Lührmann,R.(2016),《科学》,3531399-1405。]; 加莱伊等。,2016年【Galej,W.P.,Wilkinson,M.E.,Fica,S.M.,Oubridge,C.,Newman,A.J.&Nagai,K.(2016),《自然》,537,197-201。】; 普拉什卡等。, 2017【Plaschka,C.,Lin,P.-C.&Nagai,K.(2017),《自然》,546,617-621。】; 菲卡等。, 2017[Fica,S.M.,Oubridge,C.,Galej,W.P.,Wilkinson,M.E.,Bai,X.-C.,Newman,A.J.&Nagai,K.(2017)。《自然》,542,377-380。]; 威尔金森等。, 2021[Wilkinson,M.E.,Fica,S.M.,Galej,W.P.和Nagai,K.(2021)。分子细胞,81439-1452。]).

我们的AAR2比较Δ–PRPF8右侧带有PRPF8的结构右侧步骤1和步骤2构象表明AAR2结合与PRPF8兼容右侧步骤1构象,但AAR2 C末端尾部和Mg中PRPF8 RH结构域之间发生了空间位阻2+-结合步骤2构象(图4[链接]–4[链接]d日). 测试AAR2是否可能阻止PRPF8的转换右侧在步骤2构象中,我们探索了AAR2是否结合PRPF8右侧在步骤2构象中稳定的变体(T1789P;Schellenberg等。, 2013【Schellenberg,M.J.,Wu,T.,Ritchie,D.B.,Fica,S.,Staley,J.P.,Atta,K.,LaPointe,P.&MacMillan,A.M.(2013),《自然结构分子生物学》,第20期,第728-734页。】). 的确,与WT PRPF8不同右侧,PRPF8右侧,T1789P增加Mg后,部分从AAR2中解离2+分析SEC中的浓度(图4[链接]e(电子)–4[链接]小时)表明PRPF8中的第2步构象右侧与AAR2绑定不兼容。

[图4]
图4
AAR2介导的PRPF8中第2步构象的阻断右侧(d日)AAR2的结构Δ–PRPF8右侧复杂()和比较AAR2的特写视图Δ穿过凸出物下方PRPF8 RH域的C端子尾部(棒)β-在AAR2中观察到的手指模块(表面视图)Δ–PRPF8右侧复杂(b条)或模仿PRPF8右侧步骤1构造中的域(PDB条目4jk7型; 谢伦伯格等。, 2013【Schellenberg,M.J.,Wu,T.,Ritchie,D.B.,Fica,S.,Staley,J.P.,Atta,K.,LaPointe,P.&MacMillan,A.M.(2013),《自然结构分子生物学》,第20期,第728-734页。】) (c(c))或在PRPF8上右侧步骤2构造中的域(PDB条目4jk7型; 谢伦伯格等。, 2013【Schellenberg,M.J.,Wu,T.,Ritchie,D.B.,Fica,S.,Staley,J.P.,Atta,K.,LaPointe,P.&MacMillan,A.M.(2013),《自然结构分子生物学》,第20期,第728-734页。】) (d日)通过RH域的叠加。黄色球体,配位Mg2+离子。AAR2 C终端与PRPF8冲突右侧第二步构象中的结构域。(e(电子)小时)SDS-PAGE分析(左)和UV洗脱曲线(右)尺寸排除色谱法运行监测AAR2和PRPF8之间的相互作用右侧(e(电子))或PRPF8右侧,T1789P((f)小时)在2M(M)(e、, (f))或40M(M)(小时)氯化镁。车道M,分子质量标准(kDa);通道I,输入样本。蛋白质带在右边被识别。洗脱馏分显示在凝胶顶部和剖面图中(e(电子)); 洗脱体积显示在剖面底部(小时). 图标在左下角解释。变量显示在相应图标下方。用透明图标标记的峰值代表各自蛋白质的过量。

4.讨论

我们已经阐明了酵母Aar2p和人类AAR2的结构和相互作用特征的相似性和差异,并确定了一个假定的、保守的磷酸化最有可能作为U5 snRNP装配系数参与AAR2功能循环的事件。根据我们的研究结果,我们得出结论,Aar2p和AAR2在U5 snRNP生物发生中的确切作用不同。在酵母中,Aar2p–前U5 snRNP(Brr2p RNA解旋酶被排除在外)似乎构成了一种重要的U5 snRNP组装中间体(Boon等。, 2007【Boon,K.-L.,Grainger,R.J.,Ehsani,P.,Barrass,J.D.,Auchynikava,T.,Inglehearn,C.F.&Beggs,J..D.(2007),《自然结构分子生物学》第14期,第1077-1083页。】; 韦伯等。, 2013[Weber,G.,Cristáo,V.F.,Santos,K.F.,Jovin,S.M.,Heroven,A.C.,Holton,N.,Lührmann,R.,Beggs,J.D.&Wahl,M.C.(2013),《基因发展》27,525-540。]). 相反,我们观察到(i)人类AAR2未能从SNRNP200中分离PRPF8 JM结构域395–2136和(ii)AAR2与包含RH和JM结构域的PRPF8片段和SNRNP200同时结合395–2136表明人类系统中没有形成等效的、长寿命的中间产物。AAR2与我们的AAR2中PRPF8 RH结构域的关联Δ–第8页右侧结构将阻止PRPF8 RH结构域与PRPF8的其他区域、SNRNP200的N末端区域、PRPF31、PRPF6、U4/U6 di-snRNAs和U5 snRNA的C末端区域结合,正如在人类U4/U6-U5 tri-snRNP(Agafonov)中观察到的那样等。,2016年[Agafonov,D.E.,Kastner,B.,Dybkov,O.,Hofele,R.V.,Liu,W.-T.,Urlaub,H.,Lührmann,R.&Stark,H.(2016),《科学》,第351期,第1416-1420页。]; 查伦顿等。, 2019【Charenton,C.、Wilkinson,M.E.和Nagai,K.(2019),《科学》,364,362-367。】). 这一发现表明,防止U4/U6双snRNP成分与U5前体颗粒过早结合可能是AAR2在人体系统中的重要功能。此外,PRPF8 RH结构域上结合位点的短暂阻断,可能由于AAR2选择性稳定PRPF8 RH结构域中的1级构象而受到变构效应的支持,可能有助于在U5 snRNP生物发生期间有序组装步骤。上述发现和建议与之前观察到的人类AAR2与PRPF8–EFTUD2–SNRNP200–SNRNP40 U5子模块(Malinová等。, 2017[Malinová,A.,Cvačková,Z.,Materějů,D.,Hořejší,Z..,Abéza,C.,Vandermoere,F.,Bertrand,E.,Stan \283,k,D.&Verheggen,C.(2017),《细胞生物学杂志》,第2161579-1596页。]).

由于人类的大多数蛋白质编码基因包含多个内含子(Lee&Rio,2015)【Lee,Y.&Rio,D.C.(2015),《生物化学年鉴》84,291-323。】)前mRNA剪接是其表达的固有步骤。此外,前mRNA剪接主要发生在共转录(Alpert等。, 2017【Alpert,T.、Herzel,L.和Neugebauer,K.M.(2017),《无线核糖核酸》,第8期,第1401页。】)剪接与转录、其他前mRNA处理步骤和信使核糖核酸出口(Carrocci和Neugebauer,2019【Carrocci,T.J.和Neugebauer,K.M.(2019年),《冷泉Harb.Symp.Quant.Biol.84,11-20》。】; 柜员等。, 2020【Tellier,M.、Maudlin,I.和Murphy,S.(2020),《无线RNA》,11,e1593。】). 因此,高效剪接是高效基因表达的先决条件,由于其稳定RH的第一步构型,不能排除人类AAR2在前mRNA剪接中的潜在作用。AAR2在前mRNA剪接过程中可能具有月光功能,而不依赖于其作为U5-snRNP组装因子的作用。通过在拼接阶段结合PRPF8 RH结构域(例如,在预催化B复合体(PDB入口)中)7磅; 汤森德等。, 2020【Townsend,C.,Leelaram,M.N.,Agafonov,D.E.,Dybkov,O.,Will,C.L.,Bertram,K.,Urlaub,H.,Kastner,B.,Stark,H.&Lührmann,R.(2020),《科学》,370,eabc3753。】),AAR2可能阻碍向后续阶段的过渡,从而阻碍剪接,从而阻碍基因表达。与U5 snRNP组装一样,直接阻断PRPF8上的结合位点右侧以及由于PRPF8中第1步构象的稳定而产生的变构效应右侧可能支持AAR2的这种剪接抑制作用。此外,观察到的AAR2的高核水平可能确保有足够的AAR2可用于多种功能,因为兼职是已知的一些剪接因子超过其他剪接机械。例如,U1 snRNP在Pol II转录物的3′端处理中具有额外的作用(电视脚本;Di等。, 2019【Di,C.,So,B.R.,Cai,Z.,Arai,C.、Duan,J.和Dreyfuss,G.(2019年)。《冷泉Harb.Symp.Quant.Biol.84,115-122》。】). 然而,从未发现AAR2在剪接的任何阶段与剪接体相关(阿加福诺夫等。, 2011【Agafonov,D.E.,Deckert,J.,Wolf,E.,Odenwälder,P.,Bessonov,S.,Will,C.L.,Urlaub,H.&Lührmann,R.(2011),《分子细胞生物学》第31期,第2667-2682页。】),反对AAR2对剪接的直接影响。在剪接体背景下对人类Aar2的进一步研究有望解决这些遗留问题。

5.数据可用性

结构坐标和衍射数据已保存在蛋白质数据库中(https://www.pdb.org)根据加入代码7磅/小时手稿或支持信息或可根据要求从相应作者处获得。

6.相关文献

以下参考文献在支持信息本文作者:巴顿(1993【Barton,G.J.(1993),《蛋白质工程设计选择》,第6期,第37-40页。】)卡布施和桑德(1983)【Kabsch,W.和Sander,C.(1983)。生物聚合物,222577-2637。】)和佩特森等。(2004【Pettersen,E.F.,Goddard,T.D.,Huang,C.C.,Couch,G.S.,Greenblatt,D.M.,Meng,E.C.&Ferrin,T.E.(2004),《计算化学杂志》第25期,第1605-1612页。】).

脚注

目前地址:4TEEN4 Pharmaceuticals GmbH,Neuendorfstrasse 15A,16761 Hennigsdorf,Germany。

§现地址:德国柏林,汉诺威大街28号,10115号,柏林医疗系统生物学研究所。

现住址:英国剑桥Francis Crick大道MRC分子生物学实验室。

致谢

我们感谢德国哥廷根Max-Planck-Institut für Biophysicalische Chemie的Reinhard Lührmann赠送兔子αAAR2多克隆抗体。我们确认可以通过柏林赫尔姆霍兹航天中心、柏林弗雷大学、柏林洪堡大学、马克斯·德布吕克中心赞助的柏林MX联合实验室访问德国柏林BESSY II储存环的光束线BL14.1、BL14.2和BL14.3,德国波茨坦Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharma­kologie,Charité-Universityätsmedizin Berlin和Max-Planck-Institut für Kolloid-und Grenzflächenforschung,以及德国汉堡Deutsches Elektrone-Synchrotron PETRA III储存环的光束线P14。作者的贡献如下。KFS、JA、CH和GW进行了分子克隆、表达、蛋白质纯化和相互作用研究。KFS、CH和GW进行了晶体学分析。所有作者都参与了数据解释。议员、MCW、FH和GW撰写了这份手稿,所有作者都对其进行了修订和批准。MP和GW启动了这项研究并指导了该项目。MCW和FH为该项目提供了资金。作者声明没有相互竞争的利益。Projekt DEAL支持并组织开放获取资金。

资金筹措信息

这项工作由德国联邦科学院资助(TRR186/A15给FH和MCW)。

工具书类

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生物学
编号:2059-7983