近同源tRNA增强核糖体拒绝机制并加速后续tRNA测试进程

本研究针对真核生物核糖体在tRNA选择与接纳过程中对近同源tRNA（near-cognate tRNA）的识别机制尚不明确的问题，通过单分子荧光共振能量转移（smFRET）技术，揭示了近同源tRNA的拒绝会诱导核糖体构象改变，从而增强错误抑制并加速后续tRNA采样速率，为理解翻译保真性调控提供了新视角。

　　

在生命活动中，遗传信息的精确传递是维持细胞功能的核心环节。核糖体作为细胞内负责蛋白质合成的分子机器，必须在每一次肽链延伸过程中准确识别与mRNA（信使核糖核酸）密码子匹配的氨基酸酰-tRNA（转移核糖核酸），以确保蛋白质序列的正确性。这一过程被称为翻译保真性（translational fidelity）。在原核生物中，核糖体通过多步校对机制有效排除错误tRNA（包括近同源和非同源tRNA）的机制已被较为深入地揭示，然而在真核生物系统中，这一过程的分子细节仍存在许多未知。

尤其令人困惑的是，真核核糖体如何区分与密码子部分匹配的“近同源tRNA”（near-cognate tRNA），以及这类tRNA的结合是否会引发后续识别过程的动态调整。理解这一问题不仅有助于揭示基本生物学过程的调控机制，也对诸多与翻译错误相关的疾病（如神经退行性疾病和癌症）具有重要启示。

为此，由Clark Fritsch、Arpan Bhattacharya、Martin Y. Ng、Hong Li、Philip C. Nelson、Barry S. Cooperman和Yale E. Goldman组成的研究团队，在《Biophysical Journal》上发表了一项研究，利用先进单分子技术深入探索了真核系统中tRNA选择与接纳的动力学特征。他们发现，近同源tRNA的拒绝会引发核糖体构象的持久改变，从而在增强错误抑制能力的同时，加速后续tRNA测试效率。这一发现刷新了人们对真核生物翻译质量控制机制的认识。

研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：利用体外重构的真核翻译系统（in vitro eukaryotic translation system），基于容易出错的信使RNA序列展开实验；通过单分子荧光共振能量转移（smFRET）实时监测tRNA结合与进入核糖体A位点的动力学过程；比较了色氨酸-氨基酸酰-tRNA在 cognate（完全匹配）和 near-cognate（近同源）密码子条件下的结合与接纳速率。

研究结果主要包括以下几个方面：

一、近同源tRNA的初始采样速率较慢，但后续事件加速

通过smFRET实时监测，研究人员发现 near-cognate tRNA 在第一次尝试结合时的速率明显低于 cognate tRNA，表现出更强的初始排斥性。然而有趣的是，一旦发生第一次 near-cognate 事件被拒绝后，后续 near-cognate tRNA 的采样速率显著提高，甚至超过初始事件。

二、高浓度 near-cognate tRNA 反而降低其接纳效率

与 cognate tRNA 不同，near-cognate tRNA 的浓度增加并未提高其成功进入A位点的概率，相反，其接纳效率出现下降。这一出乎意料的现象提示，核糖体可能通过某种构象或状态改变主动抑制近同源tRNA的误接纳。

三、拒绝 near-cognate tRNA 诱导核糖体构象改变并加速后续测试

综合以上发现，研究人员提出 near-cognate tRNA 的拒绝可诱导核糖体形成一种“警戒状态”（primed state）。该状态具有两方面的功能：一是增强对错误tRNA的辨别能力，减少误接纳；二是提高后续所有tRNA（包括 cognate 和 near-cognate）的采样速率，从而在不降低效率的前提下大幅提升翻译准确性。

研究的结论与讨论部分强调，该工作首次在真核系统中揭示了 near-cognate tRNA 拒绝所引起的核糖体功能状态变化，并证明这一变化对维持高保真翻译具有双重调节作用——既增强排斥力，又加快测试速度。这不仅完善了人们对翻译机制的理解，也为探索翻译相关疾病的分子基础提供了新思路。例如，在某些遗传性疾病或癌症中，翻译错误率的上升可能与这类构象调控机制的失常有关。此外，该研究建立的单分子动力学分析框架也为今后在更接近生理条件下的翻译研究提供了重要技术借鉴。

总之，这项研究通过创新性的实验设计和深度的动力学分析，揭示了真核生物核糖体在维持翻译准确性中的精巧调控机制，为生物学和医学研究提供了新的理论支持和技术路径。