7月15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）周小龍研究組最新研究成果“Mutually exclusive substrate selection strategy by human m³C RNA transferases METTL2A and METTL6”。

　　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。tRNA修飾常位于環(huán)狀區(qū)域，不同修飾具有不同的生物學(xué)功能，包括維持tRNA結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、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，從而精準(zhǔn)調(diào)節(jié)基因表達(dá)和蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)。3-甲基胞嘧啶(m³C)修飾廣泛存在于真核生物細(xì)胞質(zhì)tRNA^Thr、tRNA^Ser、哺乳動物細(xì)胞質(zhì)tRNA^Arg(CCU)、tRNA^Arg(UCU)以及線粒體tRNA^Thr和tRNA^Ser(UCN)的反密碼子環(huán)的第32位(m³C32)。此外，m³C還存在于哺乳動物細(xì)胞質(zhì)延伸tRNA^Met第20位(m³C20)及tRNA^Ser、tRNA^Leu第47d位(m³C47d)。目前僅鑒定出m³C32甲基轉(zhuǎn)移酶，m³C20及m³C47d甲基轉(zhuǎn)移酶尚未被鑒定。在釀酒酵母中，m³C32由單一的甲基轉(zhuǎn)移酶Trm140修飾；在裂殖酵母中，由Trm140和Trm141兩種酶負(fù)責(zé)，而人細(xì)胞中則有三種酶(METTL2A、METTL2B和METTL6)參與了胞質(zhì)tRNA的m³C32修飾。METTL2A與METTL2B基因組成、蛋白質(zhì)序列幾乎完全相同，僅有6個(gè)氨基酸的差異。已有報(bào)道表明，非酶輔助因子DALRD3基因參與的tRNA^Arg m³C32修飾缺陷導(dǎo)致發(fā)育遲緩和癲癇性腦病。但所有m³C32甲基轉(zhuǎn)移酶的修飾活力尚未被重組；多種m³C32修飾酶的底物識別與選擇性機(jī)制、非酶輔助因子在修飾中的作用、m³C32修飾的生物學(xué)功能及修飾缺陷導(dǎo)致疾病的分子機(jī)制等一系列科學(xué)問題都完全未知。

　　該研究中，研究人員純化獲得了高純度的METTTL2A、METTTL2B和METTTL6，首次成功重組了METT2A對tRNAThr的m³C32修飾活性；在絲氨酰-tRNA合成酶(SerRS)的輔助下，成功重組METTL6對tRNA^Ser(GCU)的m³C32修飾活性；發(fā)現(xiàn)METTL2A和METTTL2B在體內(nèi)均有表達(dá)，而METTTL2B的體外修飾活力只有METTTL2A的十分之一；進(jìn)一步體外生化分析發(fā)現(xiàn)，G35和第37位t⁶A修飾(t⁶A37)是tRNA^Thr形成m³C32修飾的必要但不充分條件，而tRNA^Ser(GCU)的反密碼子環(huán)和長可變環(huán)都是其m³C32修飾發(fā)生的關(guān)鍵因素，可能分別被METTL6和SerRS協(xié)同識別。根據(jù)系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究人員提出METTL2A和METTL6底物互斥識別模型，詳細(xì)闡釋了不同m³C32甲基轉(zhuǎn)移酶對不同tRNA的精確性底物識別機(jī)制。

　　該研究首次成功重組人細(xì)胞質(zhì)tRNA m³C32甲基轉(zhuǎn)移酶 METTL2A和METTL6的甲基化修飾活力；闡釋了tRNA^Thr及tRNA^Ser(GCU) m³C32修飾的分子機(jī)制；闡明METTL2A和METTL6的底物選擇性機(jī)制，提出底物選擇性互斥識別模型。該研究為進(jìn)一步闡明m³C32修飾的生物學(xué)功能及其導(dǎo)致疾病的分子機(jī)制、鑒定胞內(nèi)其他m³C修飾酶提供了重要的基礎(chǔ)。

　　分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士研究生毛雪玲為本文第一作者，周小龍研究員為本文通訊作者。分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心李青潤博士，上海交通大學(xué)許泓教授和汪錫金教授參與了該研究；感謝分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王恩多研究員、周金秋研究員及許路昂博士對工作的支持。該工作得到了國家自然科學(xué)基金委與中科院的經(jīng)費(fèi)資助。

　　文章鏈接：

　　https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab603/6322327 

METTL2A和METTL6底物互斥識別模型