新研究，人線粒體tRNA t6A修飾對線粒體基因表達調(diào)控的多重作用

1月16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**創(chuàng)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的最新合作研究成果“Multifaceted   roles of t⁶A biogenesis in efficiency and fidelity of mitochondrial gene   expression”。該項工作揭示了人線粒體tRNA N⁶-蘇氨酰基甲腺苷酸（t⁶A）修飾對線粒體基因表達調(diào)控的多重作用。

轉移核糖核酸（tRNA）在細胞內(nèi)所有核酸分子中含有最多的轉錄后修飾，這些化學修飾對于穩(wěn)定tRNA的結構和功能十分重要。其中，t⁶A修飾高度保守，僅發(fā)生在解碼ANN（N = A, T, G, C）密碼子的tRNA的37位腺嘌呤（t⁶A37）上。人線粒體tRNA t⁶A37修飾由YRDC與OSGEPL1   共同催化完成。研究組前期工作已經(jīng)闡釋OSGEPL1催化t⁶A37修飾的生化基礎，但t⁶A37修飾在哺乳動物線粒體mRNA翻譯過程中發(fā)揮的功能尚不清楚。

在該項研究中，研究人員通過CRISPR-Cas9技術在HEK293T細胞上構建了敲除OSGEPL1基因的KO細胞系，發(fā)現(xiàn)t⁶A37修飾的缺失會專一地上調(diào)線粒體tRNA^Thr和tRNA^Lys上第9位N¹-甲基腺嘌呤（m¹A9）和第10位N²-甲基鳥嘌呤（m²G10）修飾；此外，缺失t⁶A37修飾也會專一地下調(diào)線粒體tRNA^Thr和tRNA^Lys的氨基酰化水平。通過分離線粒體氧化磷酸化超復合物并進行蛋白質質譜分析，研究人員發(fā)現(xiàn)t⁶A37修飾的缺失會使臨近的U36不僅與mRNA上密碼子的第1位A配對，還錯誤識別密碼子**位的其他非對應核苷酸（G/C/U），導致多種線粒體遺傳密碼被錯誤解碼。線粒體翻譯效率及保真性的下降導致線粒體氧化磷酸化復合物含量及活力下降，并進一步導致線粒體結構及功能的異常、激活線粒體非折疊蛋白質反應（UPR^mt）。研究人員進一步構建了Osgepl1全身敲除的小鼠并重點研究了該小鼠的心臟功能。發(fā)現(xiàn)Osgepl1-KO小鼠心臟線粒體編碼的Mt-Cox2和Mt-Cox3的表達量顯著下降，但這一變化還不足以影響心臟線粒體氧化磷酸化復合物的組裝，也沒有對Osgepl1-KO小鼠的心臟功能及壽命產(chǎn)生明顯影響。

該研究**發(fā)現(xiàn)線粒體tRNA   t⁶A37修飾與m¹A9，m²G10修飾的協(xié)同調(diào)控；系統(tǒng)揭示t⁶A37修飾對線粒體tRNA氨基酰化水平的影響；闡明線粒體tRNA   t⁶A37修飾缺失影響線粒體密碼子解碼保真性失調(diào)的機制。以上結果加深了人們對線粒體tRNA修飾的生物學功能的認識。

分子細胞**中心博士研究生張勇與周敬波為該文共同**作者，周小龍研究員與王恩多研究員為該文共同通訊作者。國家蛋白質科學中心（上海）殷躍博士參與了該研究。感謝分子細胞**中心分子生物學技術平臺的大力支持。該研究得到了科技部、國家自然科學基金委、中國科學院、上海市科委的經(jīng)費資助。

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