人源tRNAArg UCG同解码器实现高保真无义突变抑制：在额颞叶痴呆模型中的治疗潜力

本研究针对由无义突变（PTCs）引发的遗传疾病（如额颞叶痴呆FTD），开发了基于人源tRNAArg UCG同解码器的无义抑制系统。通过双荧光报告基因和tRNA测序（OTTR-seq）技术，研究人员筛选出高效抑制UGA终止密码子的tRNAArg UCA变体，在神经母细胞瘤模型中成功恢复突变颗粒蛋白前体（PGRN R493X）72%的表达水平，且氨基酸插入保真度显著优于氨基糖苷类药物G418。该研究为精准治疗11%由无义突变导致的遗传病提供了新策略。

　　

遗传密码中的"句号"错误——无义突变导致的蛋白质合成提前终止，是11%人类遗传疾病的罪魁祸首。其中精氨酸密码子CGA突变为终止密码子UGA（R^Arg→X^UGA）占比最高（21%），可引发囊性纤维化、杜氏肌营养不良等致命疾病。在神经退行性疾病领域，颗粒蛋白前体（progranulin, PGRN）基因的R493X突变导致其功能缺失，与22%家族性额颞叶痴呆（FTD）病例相关。传统氨基糖苷类药物虽能诱导终止密码子通读（readthrough），但存在效率低、毒性高且氨基酸插入错误等问题。

加拿大西安大略大学（The University of Western Ontario）与加州大学圣克鲁兹分校的研究团队在《Nucleic Acids Research》发表突破性研究。他们利用人源tRNA^Arg UCG同解码器（isodecoder）开发出高保真无义抑制系统，通过基因工程改造获得能精准识别UGA终止密码子的tRNA^Arg UCA变体。研究采用双荧光报告基因（eGFP-mCherry）实时监测活细胞无义抑制效率，结合tRNA测序（OTTR-seq）定量分析 suppressor tRNA表达水平，并通过Western blot和质谱（LC-MS/MS）验证颗粒蛋白前体R493X突变体的通读保真度。

tRNA^Arg UCG同解码器产生差异化的无义抑制水平

研究人员构建了包含6种人源tRNA^Arg UCG基因变体的G36A突变体（tRNA^Arg UCA），发现TCG-3-1变体在HEK 293T和SH-SY5Y细胞中分别实现35.7%和42.4%的UGA通读效率。值得注意的是，天然存在B-box启动子突变（C61T）的TCG-6-1变体完全丧失抑制功能，印证了tRNA表达调控的重要性。

tRNA表达量与抑制效率正相关

OTTR-seq显示转染的tRNA^Arg UCA 3-1占tRNA^Arg UCG同解码器池的58%（占总tRNA^Arg的5.6%），其表达量是4-1变体的2.1倍，抑制效率相应提高1.8倍。转染后细胞tRNA组（tRNAome）保持稳定，仅tRNA^Asn GUU-8等少数tRNA出现2倍以上表达变化。

修饰谱分析揭示功能调控机制

m¹G37（1-甲基鸟苷）修饰水平在高效抑制的3-1变体中显著升高（64%→69%），而m²₂G26（N2-二甲基鸟苷）和m¹A58（1-甲基腺苷）修饰下降，提示特定碱基修饰影响tRNA稳定性与功能。

FTD模型中的治疗潜力验证

在表达PGRN R493X-GFP的SH-SY5Y细胞中，tRNA^Arg UCA 3-1实现72%的颗粒蛋白恢复，显著优于G418（19%）。质谱分析证实tRNA介导的通读100%插入精氨酸，而G418导致23%的半胱氨酸错误插入。细胞增殖实验（CCK8）显示tRNA处理组生长正常，而G418（2 mg/mL）显著抑制细胞活力。

这项研究开创性地证明：人源tRNA变体可精准修复致病性无义突变，其效率、保真度和生物相容性均优于传统药物。特别是对FTD相关PGRN R493X突变的成功校正，为神经退行性疾病的基因治疗提供了新范式。该技术未来可通过AAV载体递送，实现组织特异性表达，避免对天然终止密码子的脱靶效应。研究还揭示tRNA同解码器的序列差异、表达调控和转录后修饰共同决定其抑制效能，为优化治疗性tRNA设计提供了分子蓝图。