一項新的研究揭示了為一些RNA新增化學標籤的重要細胞修飾過程中的化學步驟。這一過程被幹擾可能會導致人類患神經元疾病、糖尿病和癌症。由美國賓夕法尼亞州立大學化學家領導的一個研究小組已經對一種促進細菌RNA修飾的蛋白質進行了成像，從而重建這一過程。相關論文15日發表在《自然》雜誌上。
轉運RNA（tRNA）是“讀取”遺傳密碼並將其翻譯成氨基酸序列以合成蛋白質的RNA。在某些tRNA的特定位置新增一個化學標籤——甲基硫基團，可以提高它們將信使RNA翻譯成蛋白質的能力。當這種被稱為甲硫基化的修飾過程沒有正確發生時，錯誤可能會被合併到產生的蛋白質中，這會導致人類患神經元疾病、癌症和2型糖尿病的風險增加。
“甲硫基化反應在細菌、植物和動物中普遍存在。”賓夕法尼亞州立大學生物化學家、領導該研究小組的霍華德·休斯醫學研究所研究員斯奎爾·布克說，“在這項研究中，我們確定了一種名為MiaB的蛋白質的結構，以更好地瞭解它在促進細菌這一重要修飾過程中的作用。”
來自細菌擬桿菌的MiaB蛋白是自由基SAM（S-腺苷甲硫氨酸）酶家族的成員。自由基SAM酶通常使用它們自己的鐵硫簇將SAM分子轉化為有助於推進反應的“自由基”。與大多數其他自由基SAM酶不同，MiaB包含兩個鐵硫簇：一個自由基SAM簇和一個輔助簇，大多數複雜的化學作用都發生在這裡。
使用SAM分子和tRNA在甲基硫化反應過程中的幾個點對MiaB進行成像，使研究人員能夠推斷修飾過程中的化學步驟。
首先，SAM分子將其甲基“捐獻”給MiaB上的輔助鐵硫簇。研究顯示，來自SAM的一個甲基與MiaB輔助鐵硫簇上的一個硫原子相連。這個甲基和它附著在MiaB上的硫最終會轉移到tRNA，但在tRNA接受甲硫基之前會發生一些額外的步驟。
新增一個電子會將第二個SAM分子分裂成自由基。該自由基最終從tRNA中獲取一個氫原子，該氫原子被MiaB上的甲硫基取代。
研究人員表示，MiaB輔助簇上的甲硫基導致了tRNA在甲硫基化過程中該點的幾何形狀發生了變化，變成了更多的四面體形狀，氫在最佳位置被自由基拔出，而甲硫基在最佳位置進行後續轉移。
這些步驟的結果是添加了甲硫基和成功修飾的tRNA。
下一步，研究人員希望確定輔助簇在每次更替後是如何重建的。他們還研究了在人類的修飾過程中發揮類似作用的其他蛋白質。
文/科技日報記者 張佳欣
編輯/範輝
