这是一则午夜上线的重磅成果。

北京时间2025年9月26日凌晨2时，西湖实验室、西湖大学医学院付向东课题组在Science在线发表重要研究成果——

他们首次系统性地揭示了RNA聚合酶II（Pol II）作为在转录过程中“线性扫描”基因组编码基因的分子机器，如何通过与“三维”RNA加工分子机器偶联，在共转录过程中精准识别真实的剪接位点。这一发现为理解基因表达过程中由于错误“剪接”造成的疾病提供了全新的视角。

这是发生在细胞核内的“剪接”过程，细胞极其微小，约500个细胞才相当于一个针尖大小。这项极其微观的发现，关乎人类基因调控、遗传机制与重大疾病的发生。

付向东课题组深耕RNA生物学领域多年，致力于解析编码与非编码RNA的加工与调控机制，阐明其在发育和疾病中的功能，并为此开发了多项创新技术。

这一次，他们历经了坎坷的审稿过程——因为他们的发现，纠正了领域内一个长期的谬误，改写了教科书。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj9141

一场冒险

我们常说，基因组是生命的“密码本”。早在上世纪50年代，科学家就发现，人类的每个细胞核中都有23对染色体，里面的双螺旋DNA就像一部关于生命的密码胶片，总长可达2米，却能精密折叠、缠绕在微小的细胞核中。

这卷“胶片”至关重要。

“中心法则”告诉我们，遗传信息必须先从DNA经过转录传递给mRNA，经过加工和翻译等一系列工序后，最终合成蛋白质，实现维持生命的不同功能。而从DNA传递给mRNA的这第一步，就像是把生命密码逐段拷贝和翻译出来。

可是，这本“密码本”中夹杂着许多“暗语”——那些与真实剪接位点序列高度相似的“假剪接位点”。只有把它们过滤掉，密码才能被准确地破译。一旦剪错，轻则制造出无功能的蛋白，重则引发癌症、神经退行性疾病等严重后果。如果把所有真假剪接位点一股脑地同时呈现给剪接体，这部“三维”的RNA加工分子机器很可能陷入混乱。

如何在浩如烟海的真假信号中精准识别出真正的剪接位点，是维持基因表达精确性的关键，同时也是生命科学领域长期悬而未决的难题。

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接下来，让我们想象自己缩小到极致——小到可以钻进细胞，潜入细胞核，靠近染色体，去认识一位关键“人物”——RNA聚合酶II。

它，是唯一能在转录过程中线性扫描基因组的“二维”分子机器，负责一帧一帧地逐帧扫描密码本，并在扫描的过程中招募“剪刀手”，让那部复杂的“三维”剪接机器也能线性地甄别密码，从而将真正的剪接位点从浩瀚的假剪接位点中一个一个鉴定出来。

这项工作，只有它能完成。它有个英文代号，叫Pol II。

这种机器间偶联的策略，正是生命进化出的精妙设计。

Pol II是一种拥有13个亚基的聚合酶，我们可以把它想象成13只“手臂”各司其职，分别执行不同的任务。

过去，科学家们普遍认为，其中一只代号为“CTD结构域”的“手”，是专门用来招募“剪刀手”的，就算不直接参与招募工作，也应该起到至关重要的作用。

然而，付向东课题组的这项最新研究颠覆了这一传统认知——他们通过实验证实，哪怕去掉“CTD结构域”，“断了一臂”的Pol II依然可以完美地执行与剪接体机器偶联的任务。

这一突破性发现，揭示了一种不依赖于CTD的共转录剪接机制，挑战了长期以来“RNA聚合酶II的CTD结构域对招募剪接因子至关重要”这个传统认知——改写了教科书。

CTD对于Pol II招募剪接因子不是必需的

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那Pol II究竟是如何完成“扫描”和 “偶联剪接”这些任务的呢？

而且每条基因密码上，真剪接位点的数量各不相同——可能有几个，也可能只有几十个。Pol II在“出征”时，会携带多少把“剪刀”出发呢？

让我们跟随Pol II，从基因密码的第一帧出发。

长达2米的DNA密码，被紧紧折叠在不足针尖500分之一的空间里，简直是一团乱麻。而转录与加工几乎是前后脚开始的——学习“抽丝剥茧”的方法，Pol II揪住正实时拷贝出来的新生RNA，一帧一帧地往前扫描。

研究人员发现，Pol II的9号手臂抓着一个名叫“U2AF1”的工具，它能认出“编码密码”（外显子）的开头，即3’剪接位点；而2号手臂和12号手臂抓着另一个工具，它能认出“编码密码”（外显子）的结尾，即5’剪接位点。

一头一尾，精准定位之后，该剪哪里一目了然。这种成对出现的剪接信号正是真剪接位点的关键特征之一，有效避免了被大量假的剪接位点误导，从而确保了剪接的精确性。

但这个发现，再一次与传统观点产生了冲突。

在此之前，科学家们描绘的剪接过程中，“U2AF1”与它的搭档“U2AF2”，总是以异常稳定的异源二聚体形式存在。当这个二聚体装配到3’剪接位点后，就会启动下一步剪接体的组装，这一过程需要几秒至几分钟不等。然而，Pol II的转录速度极快——下一组剪接密码可能在一秒到几秒内就已经出现。既如此，在一帧一帧有序解读生命密码的过程中，是什么机制确保剪接不会“卡顿”或“错位”的呢？

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付向东课题组的突破性发现给出了答案：

原来，U2AF1并不是与U2AF2以二聚体的形式被招募的。

他们发现，9号手臂抓住U2AF1时，它的伙伴U2AF2并不与它在一起；只有当U2AF2随后被招募到剪接位点附近时，它才会与U2AF1结合——这一结合，恰恰触发了初始剪接体复合物一起从Pol II上释放下来。这里的初始剪接体复合物，就地和其他蛋白结合，逐步完成剪接体的组装，最终“发育”成可以执行剪接功能的“剪刀手”。

U2AF1在Pol II与U2AF2之间的分配示意图

这一发现不但打破了“U2AF1必须与U2AF2结合共同发挥作用”的传统认知，再次改写了教科书， 同时又揭示了一种全新的“U2AF蛋白动态循环”机制：

第一步：Pol II携带U2AF1“轻装上阵”，完成对3’剪接位点的识别；

第二步：U2AF2“后援抵达”，与U2AF1结合，触发初始剪接体复合物从Pol II释放；

第三步：Pol II得以再度“轻装出发”，迎接下一帧密码。

这一动态循环机制，让Pol II能够在高速转录过程中高效、精准、连续地工作，直到获得最终的mRNA。

再回看那个问题：Pol II到底带了多少把“剪刀”出门？答案是——它根本不用带“剪刀”出门。它依靠“U2AF动态循环”这个机制，在真实剪接位点就地组装、即用即弃，实现了剪接机器的“流水线式”更新。

这，正是生命在分子层面展现出的极致效率。

U2AF循环将共转录RNA剪接分为两个阶段

一次合作

一个看似简单的动态循环，却两度颠覆了过去的传统认知，这让研究人员倍感振奋。

然而，正因为突破性强，Science的评审专家们在审稿时尤为谨慎。他们向课题组提出了一个既常规又极具挑战的要求：

说它常规，是要求研究人员在体外用完整Pol II模拟出与U2AF1的互作以及“U2AF蛋白动态循环”。对揭示一种新机制的论文来说，这个要求很正常。

说它不常规，是因为要模拟出这个过程，主角必须到位。他们必须拿到高纯度、有活性的完整Pol II复合物，也必须拿到“U2AF1”与“U2AF2”这一对左膀右臂。这些蛋白结构复杂、表达困难，对技术要求都很高，不是课题组所擅长的。

一时间，研究似乎陷入瓶颈。但付向东庆幸，自己是在中国开展这项研究。

看似遇到了一个大坎，转机近在眼前。

复旦大学生物医学研究所的徐彦辉团队，同样从事RNA聚合酶转录机制研究，是全世界极少数能够提纯有活性Pol II复合物的团队之一；而西湖大学生命科学学院的万蕊雪、白蕊团队，在结构生物学与蛋白表达纯化方面拥有强大实力，能够很快表达出高质量的“U2AF1”与“U2AF2”。

他们一拍即合，通力协作，成功完成了Science编辑要求的体外模拟实验。

(A) 通过固定的MBP-U2AF1捕获Pol II复合物

(B) 随着U2AF2浓度的逐步增加，RPB9与U2AF1之间的相互作用逐渐减弱。

一线希望

在付向东课题组的门口，张贴着一张醒目的学术海报。

这是近期为本科生开放日准备的。海报上汇有三级台阶：起点是包括Pol II在内的RNA基础研究；中间是神经修复与再生；最终通向最高的一级台阶——临床医学。

这次发表在Science的这项研究，又一次站在通往临床治疗的第一级台阶上。

我们不妨设想，台阶的尽头是白血病和各种癌症。

“在许多患者体内，U2AF1中第34位氨基酸会发生突变，研究表明，这一突变导致大量的剪接错误。”研究人员指出，前期研究表明这个突变与疾病紧密相关，还会导致基因组变得不稳定，因而产生更多的突变，最终导致癌变。

“U2AF蛋白动态循环”的发现，首次系统性地揭示了共转录剪接的核心机制，为理解基因表达调控提供了全新的理论框架。“随着对这一机制的深入理解，或许我们可以通过调控Pol II或U2AF的动态行为，修复错误的剪接，纠正基因组不稳定的根源，从而实现对白血病等疾病的精准治疗。”研究团队展望。

不止于此——包括脊髓性肌萎缩症、阿尔茨海默病，以及多种癌症在内，越来越多的疾病被发现都与剪接错误密切有关。

大自然充满随机，却也无比精妙。

这一次，付向东课题组的成果，让人类进一步理解微观世界里的这种精妙所在。这不仅是一次基础科学的重大突破，更为未来的精准医疗打开新的大门。

通讯作者付向东（左一）与一作邵长伟