NC | Polysome profiling应用：氧化脱硫化tRNA修饰介导的翻译调控机制

高等生物的复杂生命过程依赖于基因表达在多个层面上的精密调控，其中包括翻译水平的控制。在蛋白质合成中，tRNA的反密码子在核糖体上识别并解码mRNA的密码子。

tRNA经历了生命中最广泛多样的转录后修饰，特别是在其反密码子区域。2-硫尿苷（s²U）及其衍生物（xm⁵s²U）是tRNA反密码子摆动位点上高度保守的修饰。

xm⁵s²U修饰在翻译中扮演着多效性角色，包括促进tRNA的高效氨酰化以及对以嘌呤结尾的密码子进行精准高效的解码。然而，由于其硫羰基的化学性质，xm⁵s²U修饰在体外氧化条件下化学性质不稳定，容易被氧化去硫，形成4-嘧啶酮衍生物（xm⁵h²U）。

2026年3月10日，东京大学Tsutomu Suzuki团队在Nature Communications上发表了一篇题为“Translational regulation by oxidative desulfuration of tRNA modifications”的论文。该研究首次在哺乳动物细胞和组织中证实了tRNA氧化脱硫这一现象的真实存在，并系统性地阐明了其对蛋白质合成的调控机制。

文章索引

【标题】Translational regulation by oxidative desulfuration of tRNA modifications

【发表期刊】Nature Communications

【发表日期】2026年3月10日

【作者及团队】东京大学Tsutomu Suzuki团队

【IF】 15.7

研究结果

一、在哺乳动物和细菌tRNA中检测到h²U衍生物

通过液相色谱-质谱联用技术（LC-MS），研究人员在小鼠组织和猪线粒体的tRNA中，检测到了mcm⁵s²U和τm⁵s²U的去硫化产物mcm⁵h²U和τm⁵h²U。

通过与体外氧化制备的标准品进行共注射分析，最终确认了这些新修饰衍生物的身份。

二、证实h²U衍生物由细胞内源性产生

为排除tRNA提取过程中产生的人为氧化假象，研究团队设计了spike-in实验，将携带特殊硫修饰（cmnm⁵s²U）的大肠杆菌tRNA作为示踪剂，添加到小鼠肝脏匀浆中共同提取纯化。

结果表明，示踪剂的人为氧化水平极低，从而证实了在小鼠细胞质和线粒体tRNA中检测到的h²U衍生物是细胞内生理或病理过程的产物。

三、tRNA脱硫显著降低密码子特异性翻译效率

利用人类体外重构翻译系统，研究发现经氧化去硫化处理的总tRNA会显著抑制荧光素酶报告基因的翻译，而对不含相关密码子的对照肽段的翻译则无影响。

通过Polysome profiling多聚核糖体分析，作者在HEK293T细胞的多聚核糖体组分中也检测到了mcm⁵h²U，表明去硫化的tRNA确实参与了细胞内的翻译过程。

四、tRNA脱硫影响其氨酰化效率

通过体外氨酰化反应实验，研究发现mcm⁵s²U修饰的去硫化显著降低了赖氨酸、谷氨酸和谷氨酰胺tRNA的氨酰化效率。

然而，精氨酸tRNA的氨酰化水平并未受到影响，这表明特定的氨酰-tRNA合成酶能够识别2-硫羰基结构以实现高效氨酰化。

五、tRNA脱硫严重削弱密码子识别能力

在核糖体A位点tRNA结合实验中，去硫化处理后的赖氨酸tRNA几乎完全丧失了与AAA密码子的结合能力。

同时，其与AAG密码子的结合能力也大幅下降了约60%，证明h²U修饰严重影响了tRNA在翻译解码环节的功能。

六、脱硫改变密码子-反密码子配对的结构基础

研究团队利用冷冻电镜（cryo-EM）技术解析了带有去硫化修饰的tRNA与核糖体复合物的结构。

结构分析显示，去硫化的mcm⁵h²U与密码子第三位的腺嘌呤（A）仅形成一个微弱的氢键，与鸟嘌呤（G）则形成一种不稳定的摆动配对，这从分子结构层面解释了其密码子识别能力为何会显著减弱。

总结
本研究通过一系列生化和结构生物学实验，系统地阐明了tRNA上的2-硫尿苷修饰在氧化条件下会发生去硫化，转变为h²U衍生物。这一过程通过降低tRNA的氨酰化和密码子识别效率，构成了对蛋白质合成的一种动态调控机制，揭示了tRNA修饰作为细胞氧化状态传感器的潜在角色。