嗜酸热原体Trm56的tRNA识别机制：揭示具有超长C端区域的SPOUT家族甲基转移酶的功能特性

本研究聚焦嗜酸热原体（Thermoplasma acidophilum）中具有异常长C端区域的SPOUT家族tRNA甲基转移酶Trm56，通过酶动力学分析和嵌合tRNA实验，揭示其特异性催化tRNAMete的C56位2′-O-甲基化（Cm56）的分子机制，阐明了T-loop和三维核心结构的关键作用，为极端环境微生物的tRNA稳定性调控提供新见解。

　　

在极端高温酸性环境中生存的古菌嗜酸热原体（Thermoplasma acidophilum），其tRNA分子上广泛存在2′-O-甲基胞苷（Cm）修饰，这种修饰能显著增强RNA的热稳定性和抗降解能力。其中位于tRNA T-loop区第56位的Cm56修饰尤为特殊，它通过与D-loop的G19形成三级碱基对，维持tRNA的L型立体结构。然而，不同tRNA底物间Cm56修饰效率存在显著差异，其背后的分子识别机制尚不明确。东京药科大学生命科学研究所（Tokyo University of Pharmacy and Life Sciences）的Hiroyuki Hori团队在《Journal of Molecular Biology》发表的研究，系统解析了负责该修饰的Trm56甲基转移酶的工作机制。

研究人员采用酶动力学分析、嵌合tRNA构建、晶体结构解析等技术手段。通过比较tRNA^Mete和tRNA^Leu的甲基化效率（Km值差异达数倍），结合天然tRNA中Cm56含量检测（tRNA^Mete达63.1%而tRNA^Leu仅1.9%），证实体外酶活性能准确反映体内修饰水平。利用SPring-8同步辐射光源解析的催化结构域晶体结构显示，其5′-甲基-5′-硫代腺苷结合口袋与短C端Trm56高度保守。

Trm56特异性识别机制

嵌合tRNA实验表明，Trm56通过识别T-loop及其三维核心结构决定底物特异性。定点突变揭示G53-C61碱基对和U⁵⁴U⁵⁵C⁵⁶purine⁵⁷purine⁵⁸序列是甲基化的关键元件。

超长C端区域的功能

尽管T. acidophilum Trm56具有独特的HDPH-like结构域（图2），但嵌合蛋白实验证明催化结构域本身即决定tRNA^Leu的低效甲基化，说明长C端可能参与其他生物学功能。

结构基础

apo形式和配体结合形式的晶体结构（分辨率达1.8?）显示，其SPOUT特征性的三叶结拓扑结构与短C端同源物高度相似，暗示催化机制的保守性。

该研究首次阐明古菌Trm56的底物识别密码，为理解极端环境生物tRNA稳定性调控提供分子基础。发现的长C端区域与催化活性的解耦现象，为SPOUT超家族进化研究开辟新视角。Cm56修饰与热稳定性、免疫应答的潜在关联（文献13-23），也为开发基于RNA修饰的极端酶应用奠定理论基础。Akira Hirata和Hiroyuki Hori团队通过多学科交叉方法，将酶学特性、结构生物学与细胞修饰水平精准关联，建立了研究RNA修饰酶的新范式。