2月1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)周小龍組與王恩多組最新合作研究成果“Commonality and diversity in tRNA substrate recognition in t⁶A biogenesis by eukaryotic KEOPSs”。

　　 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)錄后修飾。截止目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)約120種左右的tRNA轉(zhuǎn)錄后修飾。tRNA修飾可以穩(wěn)定tRNA的二級與高級結(jié)構(gòu)，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。其中，若干tRNA修飾(包括第37位腺嘌呤N⁶-蘇氨?；紫佘账? t⁶A37)是三界生物共有的、且為細(xì)胞生命活動所必須的修飾。在少數(shù)極端生物中，多數(shù)tRNA非必須，但兩種修飾必不可少，即t⁶A37以及m¹G37，突顯了t⁶A37在mRNA翻譯及細(xì)胞正常生命活動中的關(guān)鍵作用。t⁶A修飾位于負(fù)責(zé)解碼ANN (N = A, T, G, C)密碼子的tRNA 第37位腺嘌呤。負(fù)責(zé)t⁶A修飾的基因在三界生物中已被鑒定，其生物學(xué)功能在細(xì)菌和古菌中研究較多，但對于人細(xì)胞t⁶A修飾的分子機制及功能的認(rèn)識非常有限。真核生物細(xì)胞質(zhì)中，YRDC以及5元復(fù)合物KEOPS (由OSGEP, TP53RK, TPRKB, LAGE3及GON7組成)負(fù)責(zé)細(xì)胞質(zhì)tRNA的t⁶A修飾。這6種基因中的每一個基因發(fā)生的突變會使t⁶A修飾缺陷，均導(dǎo)致Galloway-Mowat 綜合癥，但致病機制不詳。

　　 該研究中，研究人員從人細(xì)胞中純化了14種解碼ANN密碼子的細(xì)胞質(zhì)tRNA，UPLC-MS/MS鑒定這14種tRNA均含有t⁶A修飾；進(jìn)一步用來源于釀酒酵母、人與線蟲細(xì)胞質(zhì)的KEOPS復(fù)合物開展t⁶A修飾活力測定，揭示了t⁶A修飾機器與起始tRNA^Met (tRNA^Meti)存在著協(xié)同進(jìn)化，即細(xì)菌及單細(xì)胞真核生物(釀酒酵母等)而非多細(xì)胞真核生物(人及線蟲等)t⁶A修飾機器利用C33作為反向識別元件，進(jìn)而在多細(xì)胞真核生物中進(jìn)化出含有C33的tRNA^Meti；系統(tǒng)揭示了人KEOPS精確性識別tRNA底物需要特定的tRNA元件，包括C32以及D莖中的兩對保守的堿基對，但通用的CCA末端在t⁶A修飾中的功能因物種而異，具有多樣性；闡釋了人KEOPS主要定位于細(xì)胞質(zhì)，只能在沒有內(nèi)含子的成熟tRNA上介導(dǎo)t⁶A修飾；進(jìn)一步構(gòu)建了催化亞基OSGEP的敲低細(xì)胞系，發(fā)現(xiàn)t⁶A修飾缺陷不影響所有tRNA的穩(wěn)態(tài)水平，也不影響絕大多數(shù)tRNA的氨基?；剑w內(nèi)與體外實驗均證明，t⁶A修飾是細(xì)胞質(zhì)異亮氨酰-tRNA合成酶(hIleRS)識別tRNA^Ile的關(guān)鍵識別元件；通過構(gòu)建mRNA翻譯的熒光報告系統(tǒng)，證明t⁶A修飾對于密碼子-反密碼子的精確配對具有重要作用，阻止了+1移碼突變。

　　 該研究明確人所有的ANN解碼tRNA均具有t⁶A修飾，發(fā)現(xiàn)t⁶A修飾機器與tRNA^Meti的協(xié)同進(jìn)化，首次闡明真核生物KEOPS識別tRNA底物的分子機制，揭示t⁶A修飾是hIleRS識別tRNA^Ile的關(guān)鍵識別元件并進(jìn)一步闡釋了t⁶A修飾在mRNA翻譯中的關(guān)鍵作用。這些研究結(jié)果為認(rèn)識人細(xì)胞質(zhì)tRNA t⁶A修飾的分子機制、揭示修飾酶及tRNA突變相關(guān)人類疾病的發(fā)生機制提供了理論基礎(chǔ)。

　　 分子細(xì)胞卓越中心博士研究生王金濤與周敬波為本文共同第一作者，周小龍研究員與王恩多研究員為本文共同通訊作者。蘭州大學(xué)張文華教授、中國藥科大學(xué)陳美容教授參與了本研究。感謝分子細(xì)胞卓越中心分子生物學(xué)技術(shù)平臺在質(zhì)譜分析方面提供的幫助。該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。

　　 文章鏈接：https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkac056/6519365?login=true

真核KEOPS復(fù)合物和起始tRNA^Met的協(xié)同進(jìn)化及其細(xì)胞功能