自剪接内含子（核酶）是具有催化活性的RNA，主要参与RNA的加工与成熟。与蛋白酶类似，核酶也会折叠成高级结构发挥功能。RNA在一级序列的基础上形成局部的helix、loop等二级结构元件，再在金属离子的帮助下进一步折叠成具有酶活中心的三级结构，在无需蛋白质的情况下催化反应。但由于RNA的异质性和灵活性，使RNA结构的解析受到了很大的挑战，限制了人们对其结构和功能间联系的理解。
在许多生物体中，I型核酶通过两个连续的酯交换反应催化自身从RNA前体中切除。嗜热四膜虫I型核酶是第一个被发现的核酶，自20世纪80年代被发现以来，大量的生物化学和遗传学研究已经阐明了四膜虫核酶的潜在催化机制，但获得其全长分子的三维（3D）结构以及其催化功能所需的3D结构中的详细重排一直是重大的科学挑战。张凯铭等团队此前首次解析了四膜虫核酶的全长结构（Nature 2021），并解析了多个不同构象错误折叠的四膜虫核酶结构（PNAS 2022），为冷冻电镜解析高分辨率RNA结构做出了表率。
为了解析四膜虫核酶催化的结构基础以及伴随两步自剪接反应的构象变化，张凯铭课题组分别进行了第一步和第二步剪接反应底物的设计，并通过冷冻电镜解析了四膜虫核酶第一步剪接过程中的四种构象（Nucleic Acids Research 2023）和第二步剪接过程中的六种构象（Nature Communications 2023），深入剖析了四膜虫核酶的剪接机制。
