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科研進(jìn)展

周小龍組與王恩多組合作揭示線粒體RNA m3C修飾酶METTL8的修飾機制和底物特異性

來源: 時間:2023-08-17

  8月2日,國際學(xué)術(shù)期刊Science Bulletin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) 周小龍研究組與王恩多研究組最新合作研究成果 “Mitochondrial RNA m3C methyltransferase METTL8 relies on an isoform-specific N-terminal extension and modifies multiple heterogenous tRNAs”。

  tRNA是mRNA翻譯中的關(guān)鍵接頭分子。tRNA上存在著大量的轉(zhuǎn)錄后修飾,調(diào)控蛋白質(zhì)合成的速度與保真性。3-甲基胞嘧啶(m3C) 修飾廣泛存在于真核生物的多種細(xì)胞質(zhì)與線粒體tRNA反密碼子環(huán)第32位。

  研究組前期研究發(fā)現(xiàn),人細(xì)胞質(zhì)tRNA第32位的m3C (m3C32) 修飾由METTL2A/2B和METTL6介導(dǎo),而人線粒體tRNAThr (hmtRNAThr)和tRNASer(UCN) (hmtRNASer(UCN)) 的m3C32修飾由METTL8催化;人METTL8通過mRNA可變剪接,產(chǎn)生長短不同的兩種蛋白質(zhì)同源異形體。長形式的METTL8-Iso1進(jìn)入線粒體催化hmtRNAThr和hmtRNASer(UCN)的m3C32修飾;而短形式的METTL8-Iso4分布在核仁,功能未知。METTL8-Iso1僅比METTL8-Iso4多出一段長度為28個氨基酸的N-端延伸肽段,主體結(jié)構(gòu)完全一致,也含有甲基化活性中心。METTL8-Iso4是否具有m3C32甲基轉(zhuǎn)移酶活性以及METTL8-Iso1中的N-端延伸在線粒體tRNA m3C32修飾中的作用并不清楚;細(xì)胞質(zhì)或線粒體m3C32修飾酶能否交叉識別不同細(xì)胞區(qū)室的tRNA也尚不清楚。此外,由于絕大多數(shù)tRNA m3C32修飾需要反密碼子環(huán)第37位腺嘌呤N6-蘇氨?;紫佘账?t6A37)修飾作為先決條件,制備只含有m3C32修飾的tRNA分子尚不能實現(xiàn)。

  針對以上科學(xué)問題,研究人員通過序列比對,確定了METTL8-Iso1的N-端延伸的保守性;通過一系列體外酶活實驗揭示METTL8-Iso4不具備m3C32修飾活力;進(jìn)一步通過體外與體內(nèi)遺傳學(xué)實驗證明,METTL8-Iso1的N-端延伸在催化過程中,作為關(guān)鍵的tRNA結(jié)合元件發(fā)揮作用,并進(jìn)一步鑒定了其中的2個完全保守的氨基酸殘基在所有的METTL2A/2B/8類蛋白質(zhì)中的功能保守性;通過不同細(xì)胞區(qū)室m3C32修飾酶的交叉識別研究,發(fā)現(xiàn)線粒體m3C32修飾酶METTL8-Iso1對細(xì)胞質(zhì)及大腸桿菌tRNA都具備明顯的修飾活力,且常不依賴于t6A37作為修飾的先決條件,而細(xì)胞質(zhì)m3C32修飾酶METTL2A和METTL6卻無法催化線粒體tRNA的m3C32修飾,說明了METTL8-Iso1具有更加寬松的底物識別特性;m3C32修飾并不影響hmtRNAThr t6A37修飾水平及其氨基?;?最后,研究還揭示METTL8-Iso1分別與線粒體絲氨酰-tRNA合成酶(SARS2) 及線粒體蘇氨酰-tRNA合成酶(TARS2)相互作用并顯著促進(jìn)SARS2和TARS2的氨基?;盍Α?/p>

  該項工作揭示了METTL8通過特定的N-端延伸作為關(guān)鍵的RNA結(jié)合元件介導(dǎo)線粒體tRNA修飾的分子機制;發(fā)現(xiàn)了METTL8具有廣譜的tRNA識別特性,為位點特異性制備只含有m3C修飾組分的RNA提供了基礎(chǔ);為全面認(rèn)識細(xì)胞質(zhì)和線粒體tRNA m3C修飾機制的保守型與差異性提供了視角。

  分子細(xì)胞卓越中心博士研究生黃夢涵為該文第一作者,周小龍研究員和王恩多研究員為本文共同通訊作者。海南大學(xué)林桓副教授參與研究。該研究得到分子細(xì)胞卓越中心分子生物學(xué)技術(shù)平臺支持。感謝科技部國家重點研發(fā)計劃、基金委、中國科學(xué)院、上海市的經(jīng)費資助。

  文章鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927323005170

METTL8-Iso1依賴N-端延伸識別并催化天然和非天然底物tRNA的m3C32修飾

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