王恩多研究组揭示人tRNA修饰酶NSun6的底物识别和催化机制

        5月22日，国际学术期刊Nucleic Acid Research在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所王恩多研究组题为“Structural basis for substrate binding and catalytic mechanism of a human RNA:m5C methyltransferase NSun6”的最新研究成果。

 

        5-甲基胞嘧啶（m⁵C）是广泛存在于DNA和RNA的一种核苷酸修饰。作为一种重要的表观遗传标记物，m⁵C修饰在DNA中已经被研究得很透彻；而RNA中的m⁵C修饰的研究则相对滞后。NSun甲基转移酶家族是真核生物中主要的RNA:m⁵C修饰酶，由七个成员组成，其多个成员的基因突变被发现与智力障碍、男性不育及癌症等人类疾病密切相关。然而，由于缺乏三级结构信息，NSun家族成员的RNA底物识别机制以及RNA:m⁵C的催化机制长期悬而未决。与此同时，RNA: m⁵C的生物学功能也有待阐明。人细胞质tRNA:m⁵C甲基转移酶NSun6（hNSun6）是2015年被鉴定出来的催化tRNA氨基酸接受茎上第72位m⁵C修饰的甲基转移酶。在之前的工作中，研究人员已经鉴定了hNSun6识别tRNA的元件，揭示了hNSun6是专一于tRNA的甲基修饰酶(Long et al, 2016, JBC)。

 

        在王恩多研究员的指导下，刘如娟副研究员和博士研究生龙韬等人通过解析hNSun6与底物tRNA的共晶结构以及定点突变、ITC、结合迁移及酶学动力学等生物化学手段揭示了hNSun6的催化机理。研究发现hNSun6通过PUA结构域识别tRNA的CCA末端和D茎区域，通过MTase结构域精确识别C72和U73。这些识别作用使得底物tRNA发生了构象变化，从而使得目标碱基得以暴露并被催化。另外，结合生化实验还阐明了两个保守的半胱氨酸残基在催化中不同的角色。

 

        该工作得到了国家科技部、基金委、中科院的项目资助。

 

 

A hNSun6与tRNA复合物结构

B复合物中tRNA（右）与经典tRNA（左）的构象比对

C和D hNSun6催化活性中心的详细结构