研讨提醒人线粒体tRNA牛磺酸修饰酶GTPBP3催化GTP水解及其缺点招致线粒体疾病的分子机制

近期，中国迷信院分子细胞迷信杰出立异中间（生归天学与研讨所）研讨员周小龙课题组和研讨员王恩多课题组单干，在Nucleic Acids Research上，在线颁发题为The human tRNA taurine modification enzyme GTPBP3 is an active GTPase linked to mitochondrial diseases的研讨结果。

tRNA分子是细胞内一切RNA分子中，转录后修饰最密集、修饰品种最单一的RNA分子，此中，产生在反暗码子环第34位（Wobble位）的修饰品种最多样，调控反暗码子-暗码子配对的强度与广度，在信息通报中准确调控基因表白。虽然三界生物共有多半tRNA修饰，但某些修饰局限在特定物种或细胞器中，如尿嘧啶牛磺酸修饰（τm5U）只产生在哺乳植物线粒体5种tRNA第34位，包含线粒体tRNALeu(UUR)及tRNALys。退化阐发提示，人GTPBP3(hGTPBP3)及人MTO1(hMTO1)担任协同催化天生τm5U，且能够依赖hGTPBP3介导的GTP水解反馈，但详细机制不详。τm5U修饰缺点会间接招致多种人类严重疾病，线粒体tRNALeu(UUR)基因A3243G渐变形成τm5U修饰缺点，招致MELAS（线粒体脑肌病伴乳酸中毒及样发生发火综合征）；线粒体tRNALys A8344G渐变形成τm5U修饰缺点，招致MERRF（肌阵挛性癫痫随同红纤维病）；hGTPBP3、hMTO1渐变招致后天性心脏病等。然而，恒久以来，τm5U修饰从未被胜利重组，致使这些渐变致病的生化机制完整未知。西班牙一个研讨组的报道显示，人hGTPBP3没有GTPase活气，使得人线粒体tRNA τm5U修饰及hGTPBP3渐变招致疾病的机制更令学界隐晦。

该研讨发现，hGTPBP3以二聚体存在，树立了测定GTPase活性的最适反馈前提，初次证明了hGTPBP3是一个有活气的GTPase，测定了其酶反馈能源学常数。研讨职员通过体外生化阐发发现，hGTPBP3独自的G构造域和缺失N-端构造域的hGTPBP3的GTPase活气较低，但仍可二聚化。研讨职员构建了一系列hGTPBP3致病渐变体，细胞试验标明某些渐变体通过泛素化路径降解，招致卵白质稳态程度显着下降；体外酶能源学数据显示，除E459K渐变体之外，其他渐变体的GTPase活气均显着降低。酵母学互补试验显示，仅D337H渐变体可维持酵母成长，标明其他致病渐变影响体内tRNA的修饰，进而影响的成长。进一步的研讨标明，R3L渐变会障碍卵白质进入线粒体；E142-R136和E159-R431之间的互相作用对hGTPBP3的构造和功效具备紧张意义。此外，该研讨还发现了一个新的定位于细胞质的hGTPBP3同源异形体，定名为hGTPBP3-Iso7，暗示其在细胞质中存在尚未提醒的新功效。

该研讨初次证明了hGTPBP3是一个有活气的GTP水解酶，树立了hGTPBP3水解GTP的具体机制，阐释了hGTPBP3基因上一系列致病点渐变招致后天性心脏病的生化与细胞根底，发现了一个新颖的定位于细胞质的hGTPBP3同源异形体。研讨成果为进一步胜利重组τm5U修饰活气、说明τm5U修饰机制、提醒产生在核基因组以及线粒体基因组中τm5U修饰缺点招致相关人类疾病的分子机制奠基了根底。(100yiyao.com）