2月12日，國際學術期刊Nucleic Acids Research在線發(fā)表了中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心 (生物化學與細胞生物學研究所)周小龍、王恩多研究組的最新研究成果“Molecular basis for t⁶A modification in human mitochondria”。該研究揭示了人線粒體tRNA反密碼子環(huán)第37位腺嘌呤N⁶-蘇氨?；紫佘账?N⁶-Threonylcarbamoyladenosine, t⁶A)修飾的分子機制。

 

        t⁶A修飾是廣泛存在于三界生物中，負責解碼ANN (N = A, T, G, C)密碼子的tRNA 第37位腺嘌呤上的一種化學修飾，調控mRNA翻譯的速度與精確性。負責t⁶A修飾的基因在三界生物中已被鑒定，但對其分子機制及生物學功能的認識有限，且絕大多數(shù)來自于研究原核生物t⁶A修飾機器，對于高等哺乳動物tRNA t⁶A修飾缺乏認識。人YrdC/OSGEPL1催化線粒體tRNA的t⁶A修飾，而YrdC/KEOPS負責細胞質tRNA的t⁶A修飾。核基因組6個基因負責人tRNA的t⁶A修飾，每一個基因發(fā)生的突變會使t⁶A修飾缺陷，均導致Galloway-Mowat 綜合癥。三界生物中，催化t⁶A修飾的酶如何識別和選擇特定的tRNA、催化過程中關鍵的氨基酸殘基、t⁶A修飾潛在的調節(jié)機制等均不清楚。

 

       本項研究中，研究人員揭示了人線粒體tRNA的t⁶A修飾酶OSGEPL1的特點、OSGEPL1識別tRNA的分子機制以及OSGEPL1乙?；{控t⁶A修飾活力的機制。原核生物、釀酒酵母細胞質及線粒體中，負責tRNA的t⁶A修飾的TsaD/Kae1/Qri7蛋白質家族均以多元復合物或二聚體形式存在，而人線粒體OSGEPL1是目前發(fā)現(xiàn)的唯一以單體發(fā)揮催化功能的修飾酶。在人線粒體22種tRNA中，已經(jīng)鑒定到5種tRNA [hmtRNA^Asn, hmtRNA^Ile, hmtRNA^Lys, hmtRNA^Ser(AGY)以及hmtRNA^Thr]上帶有t⁶A修飾，他們發(fā)現(xiàn)在體外hmtRNA^Thr (蘇氨酸t(yī)RNA)是t⁶A修飾的最好底物；通過hmtRNA^Thr反密碼子環(huán)構建一系列突變，發(fā)現(xiàn)OSGEPL1是唯一利用tRNA分子上的C34作為負識別元件的t⁶A修飾酶，其識別tRNA的核酸基序為(C/A>U>G)³²-N³³-(U/G>A)³⁴-N³⁵-U³⁶A³⁷A³⁸ (N為任意堿基)；有趣的是在細菌、酵母細胞質及線粒體中tRNA的C34并不是負識別原件。他們還發(fā)現(xiàn)，OSGEPL1 上帶有Lys203和Lys299兩個乙?；稽c，Lys203是結合tRNA的關鍵殘基，其乙?；瘜е旅附Y合tRNA的能力變弱，從而降低OSGEPL1的t⁶A修飾活力及水平；而Lys299乙?；瘎t通過調節(jié)酶的局部構象，使該酶的t⁶A修飾活力及水平顯著上升。

 

       本研究首次揭示了人線粒體tRNA的t⁶A 修飾酶OSGEPL1的特性、識別tRNA的分子機制及其乙?；{控tRNA的t⁶A修飾的機制，為認識其它非線粒體tRNA的t⁶A修飾的分子基礎、揭示修飾酶及tRNA突變相關人類疾病的發(fā)生機制提供了理論基礎。

 

        博士研究生周敬波為本文第一作者，周小龍研究員與王恩多研究員為本文共同通訊作者。本研究得到了中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心(生物化學與細胞生物學研究所)周金秋研究員、復旦大學閆孟紅博士以及國家蛋白質中心(上海)的大力支持。本研究得到國家重點研發(fā)計劃、基金委以及中科院的經(jīng)費資助。

 

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