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科研進(jìn)展

周小龍組提出人胞質(zhì)tRNA3-甲基胞嘧啶修飾酶底物互斥識別模型

來源: 時(shí)間:2021-07-19

  7月15日,國際學(xué)術(shù)期刊Nucleic Acids Research在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心(生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所)周小龍研究組最新研究成果“Mutually exclusive substrate selection strategy by human m3C RNA transferases METTL2A and METTL6”。

  在細(xì)胞內(nèi)所有RNA分子中,tRNA含有最為密集且種類最為多樣的轉(zhuǎn)錄后修。tRNA修飾常位于環(huán)狀區(qū)域,不同修飾具有不同的生物學(xué)功能,包括維持tRNA結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、保證密碼子-反密碼子配對的精確性、促進(jìn)mRNA翻譯的保真性和效率等,從而精準(zhǔn)調(diào)節(jié)基因表達(dá)和蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)。3-甲基胞嘧啶(m3C)修飾廣泛存在于真核生物細(xì)胞質(zhì)tRNAThr、tRNASer、哺乳動物細(xì)胞質(zhì)tRNAArg(CCU)、tRNAArg(UCU)以及線粒體tRNAThr和tRNASer(UCN)的反密碼子環(huán)的第32位(m3C32)。此外,m3C還存在于哺乳動物細(xì)胞質(zhì)延伸tRNAMet第20位(m3C20)及tRNASer、tRNALeu第47d位(m3C47d)。目前僅鑒定出m3C32甲基轉(zhuǎn)移酶,m3C20及m3C47d甲基轉(zhuǎn)移酶尚未被鑒定。在釀酒酵母中,m3C32由單一的甲基轉(zhuǎn)移酶Trm140修飾;在裂殖酵母中,由Trm140和Trm141兩種酶負(fù)責(zé),而人細(xì)胞中則有三種酶(METTL2A、METTL2B和METTL6)參與了胞質(zhì)tRNA的m3C32修飾。METTL2A與METTL2B基因組成、蛋白質(zhì)序列幾乎完全相同,僅有6個(gè)氨基酸的差異。已有報(bào)道表明,非酶輔助因子DALRD3基因參與的tRNAArg m3C32修飾缺陷導(dǎo)致發(fā)育遲緩和癲癇性腦病。但所有m3C32甲基轉(zhuǎn)移酶的修飾活力尚未被重組;多種m3C32修飾酶的底物識別與選擇性機(jī)制、非酶輔助因子在修飾中的作用、m3C32修飾的生物學(xué)功能及修飾缺陷導(dǎo)致疾病的分子機(jī)制等一系列科學(xué)問題都完全未知。

  該研究中,研究人員純化獲得了高純度的METTTL2A、METTTL2B和METTTL6,首次成功重組了METT2A對tRNAThr的m3C32修飾活性;在絲氨酰-tRNA合成酶(SerRS)的輔助下,成功重組METTL6對tRNASer(GCU)的m3C32修飾活性;發(fā)現(xiàn)METTL2A和METTTL2B在體內(nèi)均有表達(dá),而METTTL2B的體外修飾活力只有METTTL2A的十分之一;進(jìn)一步體外生化分析發(fā)現(xiàn),G35和第37位t6A修飾(t6A37)是tRNAThr形成m3C32修飾的必要但不充分條件,而tRNASer(GCU)的反密碼子環(huán)和長可變環(huán)都是其m3C32修飾發(fā)生的關(guān)鍵因素,可能分別被METTL6和SerRS協(xié)同識別。根據(jù)系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果,研究人員提出METTL2A和METTL6底物互斥識別模型,詳細(xì)闡釋了不同m3C32甲基轉(zhuǎn)移酶對不同tRNA的精確性底物識別機(jī)制。

  該研究首次成功重組人細(xì)胞質(zhì)tRNA m3C32甲基轉(zhuǎn)移酶 METTL2A和METTL6的甲基化修飾活力;闡釋了tRNAThr及tRNASer(GCU) m3C32修飾的分子機(jī)制;闡明METTL2A和METTL6的底物選擇性機(jī)制,提出底物選擇性互斥識別模型。該研究為進(jìn)一步闡明m3C32修飾的生物學(xué)功能及其導(dǎo)致疾病的分子機(jī)制、鑒定胞內(nèi)其他m3C修飾酶提供了重要的基礎(chǔ)。

  分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士研究生毛雪玲為本文第一作者,周小龍研究員為本文通訊作者。分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心李青潤博士,上海交通大學(xué)許泓教授和汪錫金教授參與了該研究;感謝分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王恩多研究員、周金秋研究員及許路昂博士對工作的支持。該工作得到了國家自然科學(xué)基金委與中科院的經(jīng)費(fèi)資助。

  文章鏈接:

  https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab603/6322327 

METTL2A和METTL6底物互斥識別模型

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