tRNA基因通过选择性终止和La蛋白/SSB调控激活干扰素信号通路的机制研究

本研究揭示了人类tRNA基因TRT-TGT4-1通过RNA聚合酶III(Pol III)转录和5'-三磷酸(5'ppp)依赖的RIG-I通路激活干扰素刺激基因(ISG)响应的新机制。研究人员发现tRNA基因的Pol III终止子元件序列特征（特别是5'-AC-T(≥4)结构）和La蛋白的调控作用共同决定了其免疫刺激潜能，为理解非经典tRNA功能与先天免疫调控提供了新视角。

　　

在生命科学领域，tRNA长期以来被认为只是蛋白质合成的解码器。然而近年研究发现，这些看似简单的分子还参与营养感知、代谢调控甚至病毒防御等多种非经典功能。特别有趣的是，某些病毒会"劫持"宿主tRNA基因作为自身结构组分，如人类巨细胞病毒利用tRNA-GluCTC1-1作为衣壳蛋白，痘病毒则使用tRNA-GlnTTG1-1作为RNA聚合酶亚基。这些发现引发了一个关键科学问题：宿主细胞如何平衡tRNA的经典翻译功能与其潜在的非经典活性？尤其是在免疫调控方面，虽然已知Pol III转录的某些非编码RNA（如7SL RNA）能激活RIG-I介导的干扰素反应，但占Pol III转录组大头的tRNA基因是否具有类似潜能仍不清楚。

美国国立儿童健康与人类发展研究所分子与细胞生物学部门的Alan C. Kessler和Richard J. Maraia团队在《Nucleic Acids Research》发表的研究，首次系统揭示了一个人类tRNA基因TRT-TGT4-1通过独特机制激活干扰素信号通路的全过程。研究人员通过构建tRNA基因表达质粒转染HEK293T细胞的实验体系，结合RNA测序、Northern blot和基因突变等技术，发现TRT-TGT4-1能显著诱导干扰素刺激基因(ISG)表达，而其同工tRNA基因TRT-TGT3-1则无此活性。关键实验技术包括：siRNA介导的RIG-I/MDA5/La基因敲除、terminator序列突变分析、Recappable-seq确定转录起始位点，以及RNA-seq分析ISG表达谱。

tRNA基因特异性激活细胞固有干扰素反应
通过比较6个高可信度人类TRT-TGT同工tRNA基因，发现只有TRT-TGT4-1转染后能强烈诱导IFIT1等ISG标志物表达。RNA-seq显示TRT-TGT4-1可激活>100个经典ISG，IFIT1 mRNA水平比对照高300倍，而TRT-TGT3-1仅引起1.5倍变化。基因本体分析证实这涉及IFN-γ、IFN-β和IFN-α相关的抗病毒和促炎反应通路。

La介导的TRT-TGT4-1潜在ISG活性调控
La蛋白过表达可剂量依赖性抑制TRT-TGT4-1的ISG活性，但不影响poly(dA:dT)激活的cyto-Pol III通路。相反，siRNA部分敲低La会降低T1-T₍₄₎区域转录本稳定性并减少ISG活性。这些数据表明La通过结合新生转录本3'-U_(n)来调控其免疫刺激潜能。

其他具有ISG活性的人类tRNA基因
筛选27个tRNA基因发现9个（33%）具有ISG活性，包括已知具有病毒相关非经典活性的tRNA-GluCTC1-1和tRNA-GlnTTG1-1。序列分析揭示ISG阳性和阴性基因最显著差异在于终止子上游二核苷酸(5'-AC富集于阳性组)和T_(n)长度（阳性组多为T₍₄₎）。

终止子5'-二核苷酸对ISG活性的影响
将TRT-TGT4-1的5'-ACT₍₄₎突变为ISG阴性基因特征的5'-GGT₍₄₎后，终止效率(TE)降低且ISG活性下降约3倍。线性回归分析显示TE与ISG活性高度相关(R²>0.9)，证实Pol III终止效率直接影响免疫刺激潜能。

TRT-TGT4-1使用非经典转录起始位点
虽然TRT-TGT4-1主要使用-5G作为转录起始位点(TSS)，但突变该位点虽降低总体转录水平却不影响ISG活性，提示ISG激活转录本可能来源于次要TSS。

这项研究建立了tRNA基因调控干扰素信号的新范式：特定序列特征的Pol III终止子（如5'-AC-T₍₄₎）通过控制转录本3'端形成和La蛋白结合，决定其是否进入免疫激活通路。这不仅解释了某些tRNA基因被病毒"征用"的结构基础，还为理解自身免疫疾病中La/SSB抗体的病理作用提供了新视角。从技术角度看，发现terminator序列可"分流"新生转录本走向，为合成生物学中RNA元件设计提供了新原则。该研究将看似不相关的领域——tRNA生物发生与先天免疫联系起来，开辟了非经典tRNA功能研究的新方向。