一种具有独特结构域的tRNA甲基转移酶TrmTS催化tRNA第6位2'-O-甲基化修饰的机制研究

研究人员通过比较基因组学鉴定出Thermococcus kodakarensis中负责tRNA第6位2'-O-甲基化(Cm6)的新型甲基转移酶TrmTS。该酶具有罕见的NFLD-THUMP-SPOUT结构域组合，首次证实THUMP相关甲基转移酶可催化2'-O-甲基化。研究揭示了TrmTS的底物特异性、结构关键位点及tRNA识别机制，为理解tRNA修饰酶的进化多样性提供了新视角。

　　

在生命的基本分子机器中，tRNA（转运RNA）如同精确的翻译适配器，其功能高度依赖于核苷酸修饰。其中2'-O-甲基化修饰能稳定RNA结构并增强耐热性，对极端环境微生物尤为重要。然而，在超嗜热古菌Thermococcus kodakarensis的tRNA^Trp中，第6位胞苷的2'-O-甲基化(Cm⁶)的催化酶长期未被鉴定，这一知识空白限制了人们对tRNA修饰网络完整性的理解。

日本爱媛大学（Ehime University）的研究团队通过创新的比较基因组学策略，锁定了一个候选基因TK1257。该基因编码的蛋白具有前所未见的N末端铁氧还蛋白样结构域(NFLD)、SPOUT催化结构域和THUMP（硫尿苷合成酶、甲基转移酶和假尿苷合成酶）结构域的组合。研究人员将其命名为TrmTS（含有THUMP和SPOUT结构域的tRNA甲基转移酶），并通过系统的生物化学和质谱分析揭示了其独特性质。

研究采用的关键技术包括：1）比较基因组学预测候选基因；2）重组蛋白表达与纯化；3）放射性标记甲基转移酶活性检测；4）二维薄层色谱和LC-MS（液相色谱-质谱联用）鉴定修饰核苷酸；5）基因敲除菌株构建与表型分析；6）圆二色谱和分子对接模拟分析结构功能关系。

TrmTS的鉴定与特性

通过体外转录tRNA和³H标记的S-腺苷甲硫氨酸(SAM)实验，证实TrmTS能催化C6、A6和U6的2'-O-甲基化，但对G6无活性。质谱分析检测到特征性RNase消化片段（如5'-HO-GGGGGCmGUp-3'），确证了修饰位点。

结构功能分析

AlphaFold3预测的模型显示TrmTS形成二聚体，其SPOUT结构域虽缺乏典型TrmH的保守基序，但通过定点突变鉴定出Arg193、Ser229和Thr322等关键残基。特别值得注意的是，连接THUMP与SPOUT结构域的TrmTS特有linker区域中，Lys160与相邻亚基的Asp270可能形成关键相互作用。

tRNA识别机制

截断实验表明TrmTS不依赖tRNA的L型三维结构，但严格需要3'-CCA末端，这与THUMP结构域的特性一致。竞争抑制实验显示缺失CCA的tRNA完全丧失结合能力，而仅改变G6-C67碱基对的突变体仍能竞争性抑制野生型tRNA甲基化。

生理意义

尽管ΔtrmTS菌株仅在93°C表现出轻微生长延迟，但研究者提出Cm⁶可能与其他修饰协同稳定tRNA高温结构。该发现突破了"THUMP相关甲基转移酶仅催化N²-甲基鸟苷(m²G)"的传统认知，为RNA修饰酶的进化提供了新范式。

这项发表于《Nucleic Acids Research》的研究不仅解决了一个长期悬而未决的tRNA修饰酶鉴定问题，更揭示了自然界通过"结构域混搭"产生新催化功能的分子创新机制。TrmTS的发现为设计靶向tRNA修饰的小分子抑制剂提供了新靶点，并对理解极端环境生物的适应性进化具有启示意义。