综述：高分辨率核糖体RNA修饰图谱分析

本综述系统整合冷冻电镜（cryo-EM）与测序技术突破，揭示rRNA、tRNA和mRNA化学修饰通过调控核糖体动力学、解码保真度和密码子偏好性，在翻译调控中发挥核心作用，为疾病状态下的修饰动态变化研究提供新视角。

　　

Highlights

RNA修饰正成为翻译过程的关键调控因子，在所有生命领域中调节核糖体动力学。冷冻电子显微镜技术实现了对rRNA、tRNA和mRNA修饰的直接可视化。结构研究揭示了RNA修饰影响解码保真度、动力学和密码子偏好的分子机制。修饰模式具有动态特性，随细胞类型、发育阶段、应激条件和疾病状态而变化。RNA修饰确立了翻译延伸作为一个由化学多样性塑造且能响应环境信号的动态过程。

Abstract

rRNA、tRNA和mRNA的化学修饰通过影响RNA结构、调控解码过程和作用核糖体效率，在蛋白质合成中发挥关键作用。基于测序的检测方法的最新进展，增强了我们在不同细胞状态下绘制这些修饰在全RNA分子中分布的能力。与此同时，X射线晶体学和高分辨率冷冻电子显微镜的出现，促进了核糖体内RNA修饰的直接可视化。本综述将最新结构研究与功能洞察相结合，阐明RNA修饰在翻译中的作用，从而总结当前关于RNA修饰在基因表达和蛋白质合成中分子功能的知识。

化学修饰对RNA功能的调控是表观转录组学的核心研究内容。在核糖体介导的蛋白质合成过程中，rRNA、tRNA和mRNA上的特定化学修饰通过精细调节RNA分子的结构和功能，深刻影响翻译的准确性、效率和调控潜力。

近年来技术的飞跃为这一领域带来革命性进展。高通量测序技术能够精确绘制不同细胞状态下的修饰位点，而冷冻电子显微镜（cryo-EM）技术更实现了对这些修饰在核糖体复杂结构中的直接可视化，达到了近原子分辨率水平。这些技术突破使得研究人员能够将特定的化学修饰与翻译机制的具体功能直接关联。

结构生物学研究揭示了RNA修饰发挥功能的分子机制。在核糖体内，这些修饰通过影响局部RNA构象、分子间相互作用和大型核糖体亚基的构象变化，直接参与调控解码过程的保真度。特别是在核糖体A位点，某些修饰通过稳定密码子-反密码子配对，确保翻译的准确性。同时，修饰还通过调节核糖体动态构象变化影响翻译延伸速率，甚至表现出对特定密码子序列的偏好性，从而建立了一种新颖的基因表达调控层。

重要的是，RNA修饰模式并非静态。研究表明，这些修饰会随着细胞类型、发育阶段和环境应激条件而发生动态变化。在疾病状态下，修饰谱的异常变化进一步提示其可能作为疾病标志物或参与病理过程。这种动态特性使翻译延伸过程成为一个能够响应细胞内外部环境变化的化学多样性调控系统。

RNA修饰研究正在重塑我们对翻译调控的理解。从分子机制到生理功能，从基础生物学到疾病关联，这一领域展现了化学修饰在基因表达调控中的深远意义，为开发新的治疗策略提供了理论基础。