人tRNA 修饰酶 NSun6 的底物识别和催化机制

A hNSun6 与 tRNA 复合物结构；B 复合物中 tRNA（右）与经典 tRNA（左）的构象比对；C 和 D hNSun6 催化活性中心的详细结构

5 月 22 日，国际学术期刊《核酸研究》（Nucleic Acid Research）在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所王恩多研究组题为 Structural basis for substrate binding and catalytic mechanism of a human RNA:m5C methyltransferase NSun6 的最新研究成果。

5- 甲基胞嘧啶（m5C）是广泛存在于 DNA 和 RNA 的一种核苷酸修饰。作为一种重要的表观遗传标记物，m5C 修饰在 DNA 中已经被研究得很透彻；而 RNA 中的 m5C 修饰的研究则相对滞后。NSun 甲基转移酶家族是真核生物中主要的 RNA:m5C 修饰酶，由七个成员组成，其多个成员的基因突变被发现与智力障碍、男性不育及癌症等人类疾病密切相关。然而，由于缺乏三级结构信息，NSun 家族成员的 RNA 底物识别机制以及 RNA:m5C 的催化机制长期悬而未决。与此同时，RNA:m5C 的生物学功能也有待阐明。人细胞质 tRNA:m5C 甲基转移酶 NSun6（hNSun6）是 2015 年被鉴定出来的催化 tRNA 氨基酸接受茎上第 72 位 m5C 修饰的甲基转移酶。在之前的工作中，研究人员已经鉴定了 hNSun6 识别 tRNA 的元件，揭示了 hNSun6 是专一于 tRNA 的甲基修饰酶 (Long et al, 2016, JBC)。

在王恩多的指导下，副研究员刘如娟和博士研究生龙韬等人通过解析 hNSun6 与底物 tRNA 的共晶结构以及定点突变、ITC、结合迁移及酶学动力学等生物化学手段揭示了 hNSun6 的催化机理。研究发现 hNSun6 通过 PUA 结构域识别 tRNA 的 CCA 末端和 D 茎区域，通过 MTase 结构域精确识别 C72 和 U73。这些识别作用使得底物 tRNA 发生了构象变化，从而使得目标碱基得以暴露并被催化。另外，结合生化实验还阐明了两个保守的半胱氨酸残基在催化中不同的角色。