新研究揭示線粒體RNA m3C修飾酶METTL8的修飾機(jī)制和底物特異性

   8月2日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Science Bulletin在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)**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(guò)mRNA可變剪接，產(chǎn)生長(zhǎng)短不同的兩種蛋白質(zhì)同源異形體。長(zhǎng)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(zhǎng)度為28個(gè)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(shí)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(shí)現(xiàn)。

　　針對(duì)以上科學(xué)問(wèn)題，研究人員通過(guò)序列比對(duì)，確定了METTL8-Iso1的N-端延伸的保守性;通過(guò)一系列體外酶活實(shí)驗(yàn)揭示METTL8-Iso4不具備m3C32修飾活力;進(jìn)一步通過(guò)體外與體內(nèi)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，METTL8-Iso1的N-端延伸在催化過(guò)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(gè)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(guò)不同細(xì)胞區(qū)室m3C32修飾酶的交叉識(shí)別研究，發(fā)現(xiàn)線粒體m3C32修飾酶METTL8-Iso1對(duì)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(wú)法催化線粒體tRNA的m3C32修飾，說(shuō)明了METTL8-Iso1具有更加寬松的底物識(shí)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?。

　　該項(xiàng)工作揭示了METTL8通過(guò)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(jī)制;發(fā)現(xiàn)了METTL8具有廣譜的tRNA識(shí)別特性，為位點(diǎn)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(shí)細(xì)胞質(zhì)和線粒體tRNA   m3C修飾機(jī)制的保守型與差異性提供了視角。

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