《Nature Communications》：Cryo-EM structures of the CDK11-cyclin L-SAP30BP complex reveal mechanisms of CDK11 regulation
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这项研究针对剪接体活化过程中CDK11-cyclin L复合体如何被调控以及临床抑制剂OTS964如何实现选择性等关键问题，解析了剪接体活化激酶复合体CDK11-cyclin L-SAP30BP的2.3?高分辨率冷冻电镜结构。研究揭示了SAP30BP通过稳定cyclin L2和促进复合体组装的关键作用，鉴定了CDK11 C端假底物序列的自调控功能，并通过与OTS964结合的非靶向复合体结构的比较，阐明了OTS964选择性抑制CDK11的分子机制，为针对CDK11的精准药物设计提供了关键的结构基础。
剪接体（Spliceosome）是细胞中负责切除前体信使RNA（pre-mRNA）中的内含子并将外显子连接起来的巨大分子机器，其精密而有序的组装与活化是基因表达调控的关键步骤。在剪接体复杂的活化历程中，从B复合体向Bact复合体的转变是一个至关重要的限速步骤，这个过程需要一系列蛋白因子的解离与结合，并伴随着大规模的构象重排。那么，驱动这一关键转变的“分子开关”究竟是谁？又是如何被精确调控的呢？长期以来，研究表明细胞周期蛋白依赖性激酶CDK11（Cyclin-dependent kinase 11）与细胞周期蛋白L（Cyclin L）组成的复合体在其中扮演了核心角色，它能磷酸化U2小核核糖核蛋白（U2 snRNP）中的关键组分SF3B1，从而触发剪接体的活化。然而，这个激酶复合体的完整结构和精确调控机制，如同一个黑箱，一直笼罩在迷雾之中。更令人着迷的是，临床候选药物OTS964是一种高效的CDK11抑制剂，但它如何从众多结构相似的细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）家族成员中“慧眼识珠”，实现对CDK11的特异性靶向而不误伤其他“兄弟”，其背后的分子密码也尚未被破解。为了揭开这些谜团，一项发表于《自然-通讯》（Nature Communications）的研究，利用前沿的冷冻电镜技术，为我们呈现了CDK11-cyclin L与其辅助因子SAP30BP形成的复合体的高清三维“写真”，不仅照亮了剪接体活化的调控之路，也为精准药物的开发描绘了清晰的“导航图”。
为了开展此项研究，研究人员综合运用了多项关键技术。冷冻电子显微镜（cryo-EM）单颗粒分析技术是核心，其以2.3?的近原子分辨率解析了CDK11-cyclin L-SAP30BP三元复合体的结构。在生物化学与分子生物学层面，研究通过蛋白纯化、体外激酶实验、等温滴定量热法（ITC）和表面等离子体共振（SPR）等技术验证了蛋白间的相互作用、复合体的组装及活性。此外，还通过分子对接、结构比对以及点突变等功能实验，深入探究了SAP30BP的稳定作用、假底物序列的自调控机制以及抑制剂OTS964的选择性原理。
结构揭示了SAP30BP在稳定和组装CDK11-cyclin L复合体中的关键作用。
研究人员首先解析了CDK11-cyclin L-SAP30BP三元复合体的整体结构。结构分析表明，SAP30BP并非一个被动的旁观者，而是积极地与cyclin L2形成广泛的相互作用网络。这些相互作用如同“脚手架”和“粘合剂”，显著增强了cyclin L2的结构稳定性。生化实验进一步证实，在缺少SAP30BP的情况下，cyclin L2变得不稳定，这提示SAP30BP对cyclin L的稳定作用可能是所有CDK11-cyclin L复合体的一个普遍调控原则。更重要的是，SAP30BP还与CDK11激酶结构域的C端叶（C-lobe）建立了关键联系，这些相互作用直接促进了整个三元复合体的高效组装，从而确保CDK11在正确的时间和位置被激活，以执行其磷酸化SF3B1、启动剪接体活化的功能。
鉴定出CDK11 C端假底物序列并阐明其自调控机制。
在深入分析结构时，研究人员在CDK11的C端附近发现了一段特殊的序列，这段序列能够模仿其底物蛋白（如SF3B1）的磷酸化位点，结合到自身的催化活性中心。这种“自我模仿”的序列被称为假底物序列。当这段假底物序列占据活性中心时，便阻止了真正底物的进入，相当于给激酶上了一把“内置锁”，从而抑制了CDK11的活性。这一发现为理解CDK11活性的精细自我调控（auto-regulation）提供了全新的结构视角，揭示了激酶在细胞中防止过度激活或错误激活的一种潜在分子刹车机制。
阐明了临床抑制剂OTS964对CDK11高选择性的结构基础。
研究的另一大亮点是针对临床候选抑制剂OTS964的选择性机制探索。OTS964能高亲和力地抑制CDK11，但对其他结构相似的CDK家族成员（如CDK9）效果较弱。为了解开其选择性之谜，研究人员将CDK11-OTS964复合物的结构与OTS964结合的其他非靶向CDK（off-target CDK）复合物结构进行了精细比较。比较发现，虽然OTS964分子核心在结合口袋中的位置大致相似，但CDK11活性口袋入口处存在一个独特的、由特定氨基酸残基构成的“选择性开关”区域。这个区域的细微构象差异，决定了OTS964侧链基团能否以最优化、最稳定的方式与之结合。在CDK11中，这个“开关”处于“开”的状态，允许OTS924完美契合，从而产生高亲和力结合；而在其他非靶向CDK中，这个区域的构象不同，相当于“开关”处于“关”的状态，导致结合不稳定、亲和力下降。这一发现从原子层面破解了OTS964选择性靶向CDK11的密码。
这项研究通过高分辨率结构生物学手段，系统性地揭示了剪接体活化关键激酶复合体CDK11-cyclin L-SAP30BP的组装、稳定与调控机制。它不仅证实了SAP30BP作为关键装配因子和稳定剂的核心功能，拓展了对CDK-cyclin复合体调控多样性的认识，还首次发现了CDK11通过C端假底物序列进行自调控的新模式。尤为重要的是，研究通过结构比较学方法，精准定位了临床抑制剂OTS964实现高选择性的关键结构位点，即活性口袋入口处的“选择性开关”。这些发现超越了基础生物学认知，具有重要的转化医学价值。它们不仅为理解前体mRNA剪接的精确调控提供了关键的结构框架，更重要的是，为基于结构的药物设计（structure-based drug design）提供了前所未有的精准蓝图。未来，科学家们可以依据CDK11独特的“选择性开关”区域，设计出副作用更小、疗效更佳的下一代CDK11靶向抑制剂，为依赖于异常剪接或CDK11活性的疾病（如某些癌症）带来新的治疗希望。
