tRNA反密码环上m5C修饰的分子机制和功能研究

Dynamic RNA modification plays important role in cellular processes, and relevant study represents an emerging research frontier in biology and medicine. tRNA is one of the important molecules which play central roles in protein synthesis. Nucleotides in tRNA are most post-transcriptionally modified, which generally reinforces the tertiary structure of tRNA and accelerate its cellular function. Nucleotides in anticodon loop are most often modified area in tRNA, these modifications are not only essential to the precise recognition and efficiency of protein translation, but also could modulate the production of functional tRNA fragments (tRF). The aberrant expression of RNA:m5C methyltransferase genes are closely related with many human diseases such as intellectual disability. Our lab has been working on tRNA and tRNA modification for decades and is very experienced in involved techniques. In this proposal, we plan to study the catalytic mechanism, RNA recognition and biological function of two RNA:m5C methyltransferases those are working on anticodon loop of tRNA, NSun3 and Dnmt2. Hopefully these research results will provide basic insights into understanding the causation of related disease.

细胞内RNA的动态修饰在生物体内发挥着重要的作用，相关研究正在成为生物学和医学领域研究热点之一。tRNA是细胞中参与蛋白质合成的重要分子之一。tRNA上的核苷酸存在广泛修饰，这些修饰对于稳定tRNA的三级结构以及tRNA在细胞内发挥功能起着重要作用。反密码子环是tRNA上修饰发生频率最高的地方，这些位点的修饰不仅会影响到翻译的精确性和效率，还可能参与到调控tRNA来源的tRF的生成。RNA:m5C甲基化修饰酶的基因表达异常与智力障碍等人类疾病密切相关。申请人实验室在tRNA以及tRNA甲基化修饰相关研究方面具有扎实的基础。本申请拟以催化tRNA反密码子环上特定位点的m5C修饰的两类m5C 甲基转移酶NSun3和Dnmt2为研究对象，研究其催化机理、对tRNA底物的识别机制和生物学功能。相关研究结果将为相关疾病的产生原因提供基础研究的依据。

m5C修饰是RNA众多甲基化修饰中一类重要的化学修饰，发生在胞嘧啶的第五位上，Dnmt2是一个tRNA甲基转移酶，我们研究了人源Dnmt2(hDnmt2)对底物tRNA的识别机理。发现hDnmt2在底物tRNA的38C进行甲基化，鉴定到底物tRNA反密子环中G34是hDnmt2识别底物的关键位点；发现hDnmt2对tRNAVal(AAC)第38位的m5C修饰依赖于ADAT2/3 复合物催化的tRNA 第34位的A-to-I修饰；发现hDnmt2识别tRNA反密码子环上严格的共有序列是C32U33 (G/I)34N35(C/U)36A37C38(N表示任意核苷酸，32-38表示位置)，其中，G34和A37是关键的识别位点，第36位必须是嘧啶碱基的核苷酸。发现hDnmt2识别底物tRNA依赖D茎中第11位核苷酸与第24位核苷酸之间的碱基对和第10位核苷酸与第25位核苷酸之间的碱基对，以及可变环的核苷酸数量；hDnmt2主要定位在细胞核内。我们按计划圆满完成了该申请的既定目标。此外，我们还得到了以下结果：(1)发现人tRNA 2'-O-甲基化（Nm）修饰酶（hTrmt13）具有调控转录和翻译的双重功能；(2)研究了N6-苏氨酰氨基甲酰腺苷 (t6A)的修饰，它是一种发生在tRNA第37位上的关键修饰。真核生物中由五个亚基组成的KEOPS复合物负责催化t6A的生成，鉴定出KEOPS复合物催化t6A的生成的tRNA分子上的关键核苷酸和碱基对。在国际学术刊物发表研究论文《核酸研究》上2篇、《EMBO J》上1篇，还发表了1篇综述文章。培养博士研究生3名。