Sci Adv | Ribo-seq应用：tRNA乙酰化——调控哺乳动物应激反应的关键开关

tRNA在蛋白质合成中作为氨基酸与遗传密码的桥梁，具有超过100种RNA修饰。后生动物的tRNA平均含有约13种修饰，但这些修饰分布不均，有些普遍存在，有些则较为罕见。

ac⁴C（RNA胞嘧啶乙酰化）是一种高度保守的修饰，广泛存在于所有生物域。ac⁴C由NAT10酶转录后修饰RNA，并通过适配因子Thumpd1在tRNA中形成。Thumpd1在酿酒酵母和裂殖酵母中对tRNA^Ser和tRNA^Leu的ac⁴C形成至关重要。

ac⁴C缺失会导致tRNA水平下降、生长缺陷以及一般氨基酸控制途径的激活。罕见的THUMPD1突变与tRNA中ac⁴C的丧失及神经发育缺陷相关，尽管已知RNA修饰位点数量增加，但对这些修饰的生理影响仍缺乏深入分析。

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【IF】14.95

研究结果

作者利用CRISPR-Cas9构建Thumpd1⁺/⁻杂合敲除小鼠，并确认Thumpd1缺失导致tRNA乙酰化（ac⁴C）丧失。

通过ac⁴C-seq分析WT和KO小鼠肝脏tRNA，他们发现ac⁴C修饰主要出现在tRNA^Ser和tRNA^Leu的D臂C12位点，遍及所有同功型，且依赖Thumpd1。

该修饰在酵母、小鼠和人类中高度保守，进一步证实Thumpd1在tRNA乙酰化中的关键作用。

二. Thumpd1缺失导致小鼠体型变小且不育

Thumpd1⁻/⁻小鼠体型变小且不育，出生比例低于孟德尔预期。KO小鼠卵巢和睾丸萎缩，生殖细胞凋亡增加，且无法生育，但存活无神经缺陷，表明Thumpd1在生长和生殖中至关重要。

三. THUMPD1调控tRNA^Leu的整体水平及其核糖体占有率

mim-tRNA-seq分析显示，THUMPD1 KO细胞中ac⁴C修饰的tRNA水平显著下降，尤其是tRNA^Leu_UAA-2，同时伴随核糖体A位点Leu密码子（UUG、CUA、CUU、UUA）停滞增加。尽管 THUMPD1 依赖的核糖体停滞主要影响Leu相关密码子，tRNA^Ser则变化不显著。

蛋白组学和Ribo-seq核糖体印迹分析的翻译效率（TE）结果表明，U/A富集的Leu相关密码子（UUG、CUA、CUU、UUA）在TE降低的mRNA中显著富集，但这一影响不足以明显干扰报告基因表达或完全解释THUMPD1缺失导致的蛋白质组重塑。

这些结果揭示了THUMPD1通过tRNA乙酰化调控Leu密码子翻译的复杂机制。

四. THUMPD1缺失刺激eIF2α的磷酸化

THUMPD1缺失通过增加核糖体碰撞和eIF2α磷酸化，导致翻译受损。Disome-seq双核糖体印迹分析显示尽管tRNA^Ser和tRNA^Leu的氨基酸化未显著下降，THUMPD1 KO细胞中仍出现核糖体在特定密码子上的占据增加，特别是在Leu和Ser密码子上。

eIF2α磷酸化的增加与翻译下降相关，并且THUMPD1 KO细胞显示出较低的OPP标记水平和核糖体蛋白减少。

这些结果表明THUMPD1缺失可能通过影响核糖体功能和翻译效率，调控细胞蛋白合成。

五. Thumpd1在体内与Gcn2基因相互作用

Thumpd1 KO小鼠大脑中P-eIF2α增多，小脑和肝脏中的tRNA^Ser和tRNA^Leu下调。RNA-seq分析显示eIF2α磷酸化增加，激活ISR通路。

Thumpd1与Gcn2的遗传相互作用表明，Gcn2缺失改善Thumpd1 KO小鼠的产前适应，但出生后导致早期致死，伴随加重的病理表现。

总结

本研究探讨了tRNA修饰ac⁴C的生理作用。靶向Thumpd1发现tRNA乙酰化丧失会导致tRNA^Leu水平下降、核糖体停滞和eIF2α磷酸化的激活。Thumpd1敲除小鼠表现出生长缺陷和不育，与Gcn2共敲除导致小鼠出生后致死。研究表明，ac⁴C修饰通过调控核糖体应激信号在哺乳动物中发挥作用。

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