首頁(yè) 資訊分子細(xì)胞卓越中心等揭示線粒體tRNA選擇性降解導(dǎo)致HUPRA綜合征的分子機(jī)制

分子細(xì)胞卓越中心等揭示線粒體tRNA選擇性降解導(dǎo)致HUPRA綜合征的分子機(jī)制

來(lái)源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2025年07月14日 06:03

　　11月9日，中國(guó)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）研究員周小龍團(tuán)隊(duì)與上海兒童醫(yī)學(xué)中心研究員王劍團(tuán)隊(duì)合作以Selective degradation of tRNASer(AGY) is the primary driver for mitochondrial seryl-tRNA synthetase-related disease為題在Nucleic Acids Research上在線發(fā)表最新研究成果。

　　哺乳動(dòng)物細(xì)胞具有兩套蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)，即細(xì)胞質(zhì)與線粒體蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)。人線粒體基因組含有37個(gè)基因，包括2個(gè)rRNA (12S與16S)、22個(gè)tRNA以及13個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因。線粒體翻譯機(jī)器的所有核酸組分（mRNA、rRNA、tRNA）由線粒體基因組編碼，所有的蛋白質(zhì)組分由核基因編碼，在細(xì)胞質(zhì)中合成后，由線粒體定位信號(hào)肽轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體中發(fā)揮功能。線粒體蛋白質(zhì)合成只生產(chǎn)13種線粒體基因組編碼的蛋白質(zhì)，它們都是線粒體氧化磷酸化復(fù)合物I、III、IV、V中的核心亞基，且全部是跨膜蛋白，對(duì)于氧化磷酸化復(fù)合物組裝和發(fā)揮功能具有至關(guān)重要的作用。線粒體蛋白質(zhì)合成的速率與保真性直接控制線粒體遺傳信息傳遞的精確性、氧化呼吸鏈復(fù)合物的正確組裝與發(fā)揮功能，進(jìn)而控制線粒體代謝與重大細(xì)胞生命活動(dòng)。

　　線粒體氨基酰-tRNA合成酶（mt-aaRS）是關(guān)鍵的蛋白質(zhì)合成因子，通過(guò)催化線粒體tRNA的氨基?；磻?yīng)，為線粒體內(nèi)的蛋白質(zhì)合成提供原料。mt-aaRS基因突變可導(dǎo)致常染色體隱性遺傳病，其臨床表型以中樞神經(jīng)系統(tǒng)受累最為顯著，亦可累及肌肉、心臟等其他組織器官。此類疾病往往臨床診斷困難，發(fā)病機(jī)制不明，治療手段極為有限，亟待深入研究。

　　線粒體絲氨酰-tRNA合成酶（SARS2）催化線粒體兩種tRNASer【hmtRNASer(AGY)和hmtRNASer(UCN)】的氨基?；磻?yīng)，需要特別指出的是，其中hmtRNASer(AGY)由于缺乏D-莖/環(huán)結(jié)構(gòu)，是人細(xì)胞中唯一沒(méi)有倒L型三級(jí)結(jié)構(gòu)的tRNA。目前該基因突變的病例十分罕見(jiàn)，已報(bào)道患者的表型主要分為兩類，一類是致死性的HUPRA綜合征，以高尿酸血癥、肺動(dòng)脈高壓、腎衰竭和堿中毒為特征性表現(xiàn)；另一類主要表現(xiàn)為進(jìn)行性痙攣性四肢輕癱。

　　該研究報(bào)道了一例SARS2基因突變患者，該患者主要表現(xiàn)為肺動(dòng)脈高壓、大運(yùn)動(dòng)發(fā)育落后、癲癇反復(fù)發(fā)作、腦萎縮等，患者表型與已知SARS2基因突變導(dǎo)致的疾病既有重疊又有差異。全外顯子組測(cè)序分析顯示患者SARS2基因存在復(fù)合雜合突變，包括非經(jīng)典剪接位點(diǎn)突變(c.654-14T>A)和移碼突變(c.1519dupC)，均為新發(fā)現(xiàn)的突變。c.654-14T>A導(dǎo)致內(nèi)含子區(qū)12個(gè)堿基的滯留，進(jìn)而導(dǎo)致在SARS2活性中心插入了4個(gè)氨基酸（該突變體命名為Ins12），而c.1519dupC 突變導(dǎo)致SARS2 C末端的缺失與異常延伸，置換了關(guān)鍵的C末端tRNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域（該突變體命名為dupC）。

　　該研究（1）通過(guò)生物化學(xué)方法詳細(xì)研究了SARS2突變體對(duì)于SARS2氨基酸活化、氨基?；皌RNA結(jié)合能力的影響，研究發(fā)現(xiàn)Ins12不能催化兩種線粒體tRNASer的氨基?；锌杉せ頢er并且結(jié)合tRNA，表明活性中心4個(gè)氨基酸的插入無(wú)法將tRNA的CCA末端正確引導(dǎo)到催化活性位點(diǎn)。而dupC對(duì)兩種線粒體tRNASer的氨基?；盍@著受損；同時(shí)，dupC對(duì)兩種線粒體tRNASer的親和力顯著受損，表明SARS2蛋白的C末端對(duì)于tRNASer的結(jié)合至關(guān)重要。（2）通過(guò)結(jié)構(gòu)生物學(xué)解析與比較了野生型SARS2與Ins12的結(jié)構(gòu)特征，并結(jié)合Alpha fold結(jié)構(gòu)模擬，揭示Ins12突變體活性中心的4個(gè)氨基酸插入破壞了SARS2的二聚化能力。（3）通過(guò)建立多個(gè)誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞模型，揭示患者來(lái)源細(xì)胞中的hmtRNASer(AGY) 穩(wěn)態(tài)水平顯著降低， hmtRNASer(UCN)未受影響，提示hmtRNASer(AGY) 的氨基?；毕輰?dǎo)致hmtRNASer(AGY) 更容易降解；此外，SARS2也可能作為tRNA的“分子伴侶”，通過(guò)與缺少D莖/環(huán)的hmtRNASer(AGY)結(jié)合后起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用。氨基?；痟mtRNASer(AGY)含量的不足進(jìn)一步造成患者細(xì)胞線粒體翻譯系統(tǒng)顯著下調(diào)，并且導(dǎo)致線粒體呼吸鏈氧化磷酸化產(chǎn)能缺陷、糖酵解過(guò)程異常、細(xì)胞內(nèi)活性氧異常增多、細(xì)胞凋亡水平升高、線粒體自噬活躍及線粒體動(dòng)態(tài)平衡失調(diào)，引起線粒體的穩(wěn)態(tài)失衡和功能障礙。（4）通過(guò)構(gòu)建Ins12與dupC小鼠模型發(fā)現(xiàn)，兩種突變的純合子及復(fù)合雜合小鼠均存在早期胚胎致死現(xiàn)象，而Sars2 Ins12與dupC雜合突變小鼠的骨骼肌組織存在兩種tRNASer含量的顯著下調(diào)、線粒體翻譯受損以及線粒體形態(tài)異常。

　　該研究鑒定了新的導(dǎo)致線粒體HUPRA綜合征的SARS2點(diǎn)突變，擴(kuò)展了SARS2缺陷相關(guān)的臨床表型；利用分子、結(jié)構(gòu)、細(xì)胞和遺傳學(xué)方法與技術(shù)手段，系統(tǒng)解析了SARS2點(diǎn)突變對(duì)于SARS2結(jié)構(gòu)與功能、線粒體翻譯及功能的綜合性影響，揭示hmtRNASer(AGY)選擇性降解導(dǎo)致其穩(wěn)態(tài)水平顯著降低是SARS2基因突變導(dǎo)致線粒體疾病的致病機(jī)制，顯著加深了人們對(duì)mt-aaRS功能缺陷相關(guān)線粒體疾病分子機(jī)理的認(rèn)識(shí)。該研究為此類疾病的臨床診斷、疾病干預(yù)與治療策略開(kāi)發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。

　　相關(guān)研究工作得到科學(xué)技術(shù)部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院與上海市的資助。

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