揭示tRNA甲硫醇化修饰的关键步骤

一项新的研究揭示了一个重要的细胞修饰过程中的化学步骤，该细胞修饰过程在一些RNA上添加了一种化学标签。在人类中干扰这一过程会导致神经疾病、糖尿病和癌症。来自美国宾夕法尼亚州立大学的一个研究小组对一种促进细菌中这种RNA修饰的蛋白质进行了成像，使得他们能够重构这一过程。相关研究结果于2021年9月15日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Structural basis for tRNA methylthiolation by the radical SAM enzyme MiaB”。

转移RNA（tRNA）是“读取”遗传密码的RNA，并将遗传密码翻译成氨基酸序列以制造蛋白质。在一些tRNA的特定位置添加一种化学标签---甲基硫基团，可以提高它们将信使RNA（mRNA）翻译成蛋白质的能力。当这一修饰过程---甲硫醇化（methylthiolation）---没有正确发生时，错误可能被纳入所产生的蛋白质中，这在人类中可能导致神经疾病、癌症和增加患2型糖尿病的风险。

论文共同通讯作者、宾夕法尼亚州立大学生化学家Squire Booker说，“甲硫醇化在细菌、植物和动物中普遍存在。在这项研究中，我们确定了一种叫做MiaB的蛋白质的结构，以更好地了解它在促进细菌的这种重要修饰过程中的作用。”

来自单形拟杆菌（Bacteroides uniforms）的MiaB蛋白是自由基SAM（S-腺苷甲硫胺酸）酶家族的一员。自由基SAM酶通常使用它们自身的一个铁硫簇将一个SAM分子转化为一个“自由基”，以帮助推动反应的进行。与其他大多数自由基SAM酶不同，MiaB包含两个铁硫簇：一个自由基SAM簇和一个辅助性铁硫簇，大多数复杂的化学反应发生在这里。

在甲硫醇化过程中，对MiaB与SAM分子和tRNA的作用在几个点上进行成像，使得这些作者能够推断出这种细胞修饰过程中的化学步骤。首先，一个SAM分子将其甲基提供给MiaB上的辅助性铁硫簇。

论文第一作者兼论文共同通讯作者、宾夕法尼亚州立大学化学助理研究教授Olga Esakova说，“附着在tRNA上的硫原子的来源一直有争议，但我们的结构显示，来自SAM的一个甲基附着在MiaB的辅助性铁硫簇上的一个硫原子上。这个甲基基团和它在MiaB上附着的硫原子最终会转移到tRNA上，但在tRNA能够接受甲硫基之前，还会发生一些额外的步骤。”

一项新研究揭示了添加一个重要化学标签---甲基硫基团---到tRNA上所涉及的化学步骤，这个过程如果在人类身上受到干扰，可能会导致神经疾病、糖尿病和癌症

一个电子的加入使第二个SAM分子分裂成一个自由基。该自由基最终从tRNA上获得一个氢原子，并被MiaB上的甲硫基取代。Booker说，“最初，tRNA上的氢原子并没有被定位到既能接近移走它的自由基又能接近需要被转移的甲基硫基的位置，因为氢原子和附近附着的原子都在同一个平面上。我们的结构显示，MiaB的辅助性铁硫簇上的甲硫基诱发了进行甲硫基化的tRNA的那个点上的几何形状的变化，它变成了更多的四面体形状，氢原子处于被自由基移走的最佳位置，甲硫基则处于随后被转移的最佳位置。”

这些步骤的结果是添加了甲硫基的tRNA和成功的修改。下一步，这些作者希望确定辅助性铁硫簇在每次周转后是如何重建的，以便该过程可以多轮进行。他们还在研究类似的蛋白质，这些蛋白质在人类的细胞修饰过程中发挥着类似的作用。