前体tRNA在剪接前即发生queuosine修饰的进化保守机制及其在神经发育疾病中的潜在意义

本研究揭示了queuosine(Q)修饰在tRNATyr前体剪接前即发生的进化保守现象。研究人员通过体外重构实验和冷冻电镜技术，证实QTRT1/2复合物能特异性识别含内含子的pre-tRNATyr，并发现galQ修饰同样存在于未剪接前体中。该发现改写了传统认知中tRNA修饰与剪接的时序关系，为神经退行性疾病如小脑发育不全的分子机制提供了新视角。

　　

在生命活动中，tRNA作为蛋白质合成的关键适配器，其成熟过程需要经历复杂的加工和修饰。其中queuosine(Q)修饰作为tRNA^GUN反密码子区第34位的关键修饰，与神经发育和疾病密切相关。然而长期以来，学界对Q修饰与tRNA剪接的时序关系存在认知空白——究竟是"先剪接后修饰"还是"先修饰后剪接"？这个看似简单的时序问题，实则关系到对tRNA质量控制机制的理解，尤其当TSEN剪接复合体突变会导致小脑发育不全等严重神经疾病时，阐明这一机制更具临床意义。

来自德国癌症研究中心等机构的研究团队通过多物种系统性研究，颠覆性地发现Q修饰发生在tRNA剪接之前。该成果发表于《Nature Communications》。研究人员运用APB Northern blot、LC-MS/MS、冷冻电镜(cryo-EM)和微尺度热泳动(MST)等技术，结合小鼠胚胎干细胞、脑组织及人类细胞模型展开研究。

tRNA^Tyr在mESCs和脑组织中以前体形式被queuosin化

通过改良的APB Northern blot技术，发现约60%的小鼠pre-tRNA^Tyr1-4和2-1存在Q修饰，而成熟tRNA^Tyr因galQ修饰无法被常规方法检测。β-半乳糖苷酶处理证实高表达的pre-tRNA^Tyr1-2实际携带galQ修饰，揭示了传统检测方法的局限性。

体外重构证实pre-tRNA^Tyr是QTRT1/2的天然底物

LC-MS/MS分析显示重组小鼠QTRT1/2能以pre-tRNA^Tyr为底物进行queuine(q)掺入，效率虽低于成熟tRNA但特异性显著。内含子置换实验证实修饰仅发生在反密码子区G34位点，而非内含子区UGU模体。

冷冻电镜解析pre-tRNA识别机制

3.1?分辨率结构显示，QTRT1/2通过诱导pre-tRNA^Tyr1-4反密码子茎环(ASL)构象变化，使G34准确定位在催化中心，而内含子区域保持高度柔性。这与成熟tRNA^Tyr的结合模式高度相似(r.m.s.d. 1.13?)，解释了底物广谱性。

多物种保守性验证

在人类HeLa细胞中鉴定出pre-tRNA^Tyr8-1/9-1的Q修饰；果蝇缺失QTGAL酶但保留pre-tRNA^Tyr1-4修饰；线虫在富肽培养基中显示pre-tRNA^Tyr2-8修饰，证实该机制的进化保守性。

这项研究确立了"Q修饰先于剪接"的tRNA成熟新范式。其重要意义在于：1）解释了Q缺失小鼠出现海马结构异常的病理基础——未剪接pre-tRNA积累可能导致神经毒性片段；2）为TSEN突变相关小脑发育不全提供了修饰-剪解偶联的新解释；3）开发的gdAPB Northern blot技术实现了单同工型tRNA修饰检测。这些发现不仅完善了RNA修饰理论体系，更为神经系统疾病的诊疗提供了潜在新靶点。