四个小核糖核蛋白复合体（small nuclear ribonucleoprotein particles, snRNPs），U1，U2，U4和U5-snRNPs, 是剪接体的主体成员。每个snRNP由一个富含U的snRNA与多个蛋白组成。它们共有一个相似的Sm核心: RNA和环绕RNA的由7个Sm蛋白（D1/D2/F/E/G/D3/B）组成的环[1]。其组装依赖于多个组装伴侣蛋白，在脊椎动物中，达到12个。它们组成2个复合体: PRMT5 （包括PRMT5、WD45和pICln）和SMN （包括SMN、Gemin2-8和Unrip）复合体，先后发挥作用，完成Sm核心组装[2-4]。然而，在单细胞真核生物裂殖酵母中只发现了6种: ICln和SMN复合物（SMN/Gemin2，6-8）[5-7]，但其分子机制尚未系统研究。人类SMN蛋白表达不足造成RNA剪接紊乱进而导致脊髓性肌肉萎缩症[8]。深入探讨裂殖酵母中伴侣蛋白较少的Sm核心组装机制，比较与人类的异同有助于组装伴侣体系进化和相关疾病机制等方面的研究。
该研究主要使用重组蛋白在体外系统地研究了伴侣蛋白组装Sm核心每个环节的分子机制，发现裂殖酵母的6种伴侣蛋白（ICln/SMN/Gemin2/ Gemin6-8）在分子水平是Sm核心组装既必需又充分的因子，并且和人类组装系统进行了异同的比较，这丰富了该组装系统在物种变化和进化方面的理解，也有助于脊髓性肌肉萎缩症病生理机制的深入研究。
为了探究裂殖酵母中组装伴侣蛋白如何帮助Sm核心组装，研究者首先检测了裂殖酵母中三个Sm蛋白亚复合体D1/D2, F/E/G和D3/B之间的相互作用以及自身聚集状态，发现三者之间都无法形成稳定的复合体。同时，作者发现人类F/E/G形成异六聚体和异三聚体，而酵母F/E/G只形成异六聚体。作者又分别检测了Gemin2和Gemin2/SMNp (p: peptide, 残基1-35)与D1/D2/F/E/G（5Sm）的相互作用，发现酵母Gemin2不能单独结合5Sm，而人类Gemin2可以。但是作者发现，SMNp的存在可以显著增强酵母Gemin2与5Sm之间的亲和力，并形成稳定且紧凑的7S (SMNp/Gemin2/5Sm)复合体（图1）。
图1 SMNp增强了Gemin2与D1/D2/F/E/G的结合。
(图源：Yan Hu, et al. iScience, 2023)
此外，在7S复合体存在的情况下，当 U4-snRNA和SmB/D3后，Sm核心完成组装并释放Gemin2/SMNp，表明Gemin2在RNA的选择上也发挥重要作用。但以往的遗传学敲除实验显示Gemin2基因缺失不影响细胞存活，这与生化实验结果不符。研究者发现裂殖酵母中存在2个表达Gemin2的基因yip11 和 yip12，利用CRISPR/Cas9技术对其进行双敲除后，发现细胞死亡，表明Gemin2在裂殖酵母中是必需的（图2）。这使得遗传学和生化结果统一起来。
图2 在裂殖酵母中敲除2个表达Gemin2的基因表明Gemin2是必需的。
(图源：Yan Hu, et al. iScience, 2023)
作者接下来检测了ICln与3种Sm蛋白亚复合体之间的相互作用，发现ICln虽然不结合SmF/E/G，但在结合SmD1/D2后可以与SmF/E/G结合形成稳定的六元环状6S复合体（ICln/D1/D2/F/E/G），其中ICLn 阻断了RNA 与5Sm 的结合，因此6S复合物中ICLn必须解离下来，Sm核心的组装才能得以进行。为了检测SMN复合体中谁负责解离ICln下来，作者构建了三个不同状态的SMN复合体，Gemin2/SMNp, Gemin2/SMN (Ge2S) 和Gemin2/6/7/8/SMN (Ge2678S)，分别与6S进行孵育后，通过凝胶过滤层析和蛋白免疫印迹方法检测发现，只有当SMN复合体中的5个成员都存在的情况下，ICln才能被有效解离下来（图3）。
图3 全组分SMN复合体将ICln从6S复合体中有效解离。
(图源：Yan Hu, et al. iScience, 2023)
至此，该研究发现，裂殖酵母中Sm 核心的组装依次需要ICln和5个成员的SMN复合体。其分子机制总结如下（图4）：首先ICln结合SmD1/D2，进而结合SmF/E/G形成稳定的6S复合物。第二个阶段是6S传递给SMN复合体，后者将ICln从5Sm解离下来。其中Gemin2负责与5Sm直接结合，但其结合5Sm的能力需要SMN的N端Gemin2结合域的存在。然而Gemin2/SMN不能有效解离ICln下来， 只有SMN蛋白的C端结合了Gemin6-8，也就是全组分SMN复合体的存在时，才有效将ICln解离出来。ICln解离后的5Sm仍结合在Gemin2/SMNp上，其开口朝外，但构象狭窄，形似“马蹄铁”状。当正确的snRNA和SmB/D3加入后，SMN复合体掉落，Sm 核心完成组装。
图4 裂殖酵母中ICln和SMN复合体辅助Sm核心组装的机制模式。
(图源：Yan Hu, et al. iScience, 2023)
综上所述，该项研究通过一系列生化实验清晰地绘制出裂殖酵母中Sm 核心的组装机制，发现ICln和SMN复合体以先后顺序帮助Sm 核心的组装，这与人类Sm核心组装一致，说明了该组装机制保守性的一面；同时在一些环节上也存在显著的差异，丰富了在物种进化过程中对该组装伴侣系统的认识。另外，该研究首次发现裂殖酵母中Gemin2是必须蛋白，弥补了遗传学对此研究的空白，表明了生化与遗传学表现的一致性。此研究还对深入研究脊髓性肌肉萎缩症的病生理有促进作用。该研究中虽然发现了SMN复合体全组分的存在可以有效将ICln从6S复合体中解离下来，但具体的分子机制尚待进一步研究。
