新研究揭示線粒體RNA m3C修飾酶METTL8的修飾機制和底物特異性

   8月2日，國際學術期刊Science Bulletin在線發表了中國科學院分子細胞科學**創新中心 (生物化學與細胞生物學研究所)   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翻譯中的關鍵接頭分子。tRNA上存在著大量的轉錄后修飾，調控蛋白質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胞質與線粒體tRNA反密碼子環第32位。

　　研究組前期研究發現，人細胞質tRNA第32位的m3C (m3C32) 修飾由METTL2A/2B和METTL6介導，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，產生長短不同的兩種蛋白質同源異形體。長形式的METTL8-Iso1進入線粒體催化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，主體結構完全一致，也含有甲基化活性中心。METTL8-Iso4是否具有m3C32甲基轉移酶活性以及METTL8-Iso1中的N-端延伸在線粒體tRNA   m3C32修飾中的作用并不清楚;細胞質或線粒體m3C32修飾酶能否交叉識別不同細胞區室的tRNA也尚不清楚。此外，由于絕大多數tRNA   m3C32修飾需要反密碼子環第37位腺嘌呤N6-蘇氨酰基甲腺苷酸(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。

　　針對以上科學問題，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;進一步通過體外與體內遺傳學實驗證明，METTL8-Iso1的N-端延伸在催化過程中，作為關鍵的tRNA結合元件發揮作用，并進一步鑒定了其中的2個完全保守的氨基酸殘基在所有的METTL2A/2B/8類蛋白質中的功能保守性;通過不同細胞區室m3C32修飾酶的交叉識別研究，發現線粒體m3C32修飾酶METTL8-Iso1對細胞質及大腸桿菌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，而細胞質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修飾水平及其氨基酰化;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SARS2和TARS2的氨基酰化活力。

　　該項工作揭示了METTL8通過特定的N-端延伸作為關鍵的RNA結合元件介導線粒體tRNA修飾的分子機制;發現了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;為全面認識細胞質和線粒體tRNA   m3C修飾機制的保守型與差異性提供了視角。

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