一項(xiàng)新的研究揭示了一個重要的細(xì)胞修飾過程中的化學(xué)步驟，該細(xì)胞修飾過程在一些RNA上添加了一種化學(xué)標(biāo)簽。在人類中干擾這一過程會導(dǎo)致神經(jīng)疾病、糖尿病和癌癥。來自美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的一個研究小組對一種促進(jìn)細(xì)菌中這種RNA修飾的蛋白質(zhì)進(jìn)行了成像，使得他們能夠重構(gòu)這一過程。相關(guān)研究結(jié)果于2021年9月15日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Structural basis for tRNA methylthiolation by the radical SAM enzyme MiaB”。

轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）是“讀取”遺傳密碼的RNA，并將遺傳密碼翻譯成氨基酸序列以制造蛋白質(zhì)。在一些tRNA的特定位置添加一種化學(xué)標(biāo)簽---甲基硫基團(tuán)，可以提高它們將信使RNA（mRNA）翻譯成蛋白質(zhì)的能力。當(dāng)這一修飾過程---甲硫醇化（methylthiolation）---沒有正確發(fā)生時，錯誤可能被納入所產(chǎn)生的蛋白質(zhì)中，這在人類中可能導(dǎo)致神經(jīng)疾病、癌癥和增加患2型糖尿病的風(fēng)險。 

論文共同通訊作者、賓夕法尼亞州立大學(xué)生化學(xué)家Squire Booker說，“甲硫醇化在細(xì)菌、植物和動物中普遍存在。在這項(xiàng)研究中，我們確定了一種叫做MiaB的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，以更好地了解它在促進(jìn)細(xì)菌的這種重要修飾過程中的作用?！?/span> 

來自單形擬桿菌（Bacteroides uniforms）的MiaB蛋白是自由基SAM（S-腺苷甲硫胺酸）酶家族的一員。自由基SAM酶通常使用它們自身的一個鐵硫簇將一個SAM分子轉(zhuǎn)化為一個“自由基”，以幫助推動反應(yīng)的進(jìn)行。與其他大多數(shù)自由基SAM酶不同，MiaB包含兩個鐵硫簇：一個自由基SAM簇和一個輔助性鐵硫簇，大多數(shù)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在這里。

在甲硫醇化過程中，對MiaB與SAM分子和tRNA的作用在幾個點(diǎn)上進(jìn)行成像，使得這些作者能夠推斷出這種細(xì)胞修飾過程中的化學(xué)步驟。首先，一個SAM分子將其甲基提供給MiaB上的輔助性鐵硫簇。 

論文第一作者兼論文共同通訊作者、賓夕法尼亞州立大學(xué)化學(xué)助理研究教授Olga Esakova說，“附著在tRNA上的硫原子的來源一直有爭議，但我們的結(jié)構(gòu)顯示，來自SAM的一個甲基附著在MiaB的輔助性鐵硫簇上的一個硫原子上。這個甲基基團(tuán)和它在MiaB上附著的硫原子最終會轉(zhuǎn)移到tRNA上，但在tRNA能夠接受甲硫基之前，還會發(fā)生一些額外的步驟。”

一項(xiàng)新研究揭示了添加一個重要化學(xué)標(biāo)簽---甲基硫基團(tuán)---到tRNA上所涉及的化學(xué)步驟，這個過程如果在人類身上受到干擾，可能會導(dǎo)致神經(jīng)疾病、糖尿病和癌癥

一個電子的加入使第二個SAM分子分裂成一個自由基。該自由基最終從tRNA上獲得一個氫原子，并被MiaB上的甲硫基取代。Booker說，“最初，tRNA上的氫原子并沒有被定位到既能接近移走它的自由基又能接近需要被轉(zhuǎn)移的甲基硫基的位置，因?yàn)闅湓雍透浇街脑佣荚谕粋€平面上。我們的結(jié)構(gòu)顯示，MiaB的輔助性鐵硫簇上的甲硫基誘發(fā)了進(jìn)行甲硫基化的tRNA的那個點(diǎn)上的幾何形狀的變化，它變成了更多的四面體形狀，氫原子處于被自由基移走的最佳位置，甲硫基則處于隨后被轉(zhuǎn)移的最佳位置。”

這些步驟的結(jié)果是添加了甲硫基的tRNA和成功的修改。下一步，這些作者希望確定輔助性鐵硫簇在每次周轉(zhuǎn)后是如何重建的，以便該過程可以多輪進(jìn)行。他們還在研究類似的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)在人類的細(xì)胞修飾過程中發(fā)揮著類似的作用。

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