生化与细胞所人线粒体tRNA致病性突变体结构研究获进展

　　线粒体是真核细胞中负责能量转换的重要的细胞器，具有独立的蛋白质翻译机器。人线粒体基因组包括22个tRNA基因。与原核细胞或真核细胞质中的 tRNA相比，线粒体的tRNA具有数量上的低冗余性和不稳定结构两个显著特点。携带同一种氨基酸，但序列、结构不同称为tRNA等受体。在人胞质中，对应于某一氨基酸的tRNA都有多个等受体，这有助于稳定蛋白质翻译系统;但是在人线粒体中，除了tRNALeu和tRNASer各具有两种等受体外，其它 18种氨基酸分别对应唯一的tRNA，因此任何一种tRNA的功能发生改变，都可能影响线粒体的蛋白质翻译系统。

　　在结构方面，几乎所有的原核生物tRNA和真核生物细胞质中的tRNA都具有经典的三叶草形二级结构，并且能够通过进一步的茎、环扭转和长距离三级结构相互作用而形成稳定的倒L形三级结构;而人线粒体tRNA的二级结构中的不稳定的非Watson-Crick配对和A:U配对的含量明显偏高，通常具有缩短的环区和茎区，有些甚至缺失了整个茎、环结构。线粒体tRNA这种低热力学稳定性的结构以及线粒体的高氧化环境，决定了线粒体tRNA的功能容易受到碱基突变的影响，导致疾病。人线粒体tRNALeu具有两个等受体，hmtRNALeu(CUN)和hmtRNALeu(UUR)。

　　中科院上海生科院生物化学与细胞生物学研究所王恩多研究组博士研究生王猛等人通过测定已知的致病性突变体tRNALeu的氨基酰化活力，筛选到 G52A和A57G两个位于T-茎和T-环区域的突变体，它们都严重影响tRNA的氨基酰化活力，尚未有人报道它们的致病机理。研究人员检测了这些突变对 tRNA结构和功能的影响，发现G52A突变体导致tRNA结构松散，影响了tRNA的3'末端成熟、碱基修饰、氨基酰化、延伸因子结合等过程;含 A57G的tRNA突变体结构与野生型几乎一致，仅对tRNA的3'末端成熟、碱基修饰有部分影响，显著降低了氨基酰化反应、与延伸因子结合。

　　研究结果以Multilevel functional and structural defects induced by two pathogenic mitochondrial tRNA mutations为题，5月1日在线发表于Biochemical Journal。

　　研究揭示G52A突变体在T-茎位置引入了A52-C62一对错配碱基，破坏了原有具有三对氢键G52-C62间的相互作用，削弱了T-茎结构稳定性，抑制了tRNA前体3'末端加工，不能进行碱基修饰，进一步抑制了tRNA接受氨基酸和与hmEF-Tu的结合能力;A57G点突变只是改变了T-环中不参与配对以及参与维持高级结构的碱基，在已经发现的原核或真核生物的tRNALeu中，这个位点也不属于氨基酰化反应的识别元件，但该点突变却极大地抑制了tRNA接受氨基酸的能力。尽管这种突变体几乎不能被LeuRS 氨基酰化，但它似乎保留了一些与人线粒体LeuRS结合所需的结构元件。暗示了存在tRNA突变体的线粒体内，突变体可以抑制野生型tRNA被正常地氨基酰化而导致疾病。与疾病相关的线粒体tRNA基因突变是当前研究的热点，深入研究这些突变对tRNA的功能的具体影响，将揭示相关疾病发生的分子机理，也可以加深人们对线粒体蛋白质合成系统的认识，探索新的诊断和治疗这类疾病的方法。

　　该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中国科学院和上海市科委的资助。