Nat Cancer | Ribo-seq应用：硒半胱氨酸tRNA甲基化促进黑色素瘤转移中的氧化应激抵抗

导读

tRNA修饰协调蛋白翻译动态，使细胞在应激条件下迅速适应生存，特别是反密码环修饰影响翻译效率与精确性。

含硒半胱氨酸的蛋白质维持氧化还原和内质网稳态，其翻译受硒半胱氨酸tRNA (tRNASec)的U34甲基基团调控。硒半胱氨酸由UGA终止密码子编码，需在tRNA上合成，通过3′非翻译区的发夹结构（SECIS）加载到核糖体上。

硒半胱氨酸tRNA在四个位置修饰，其中ψU55和m1A58参与折叠，而i6A37和mcm5Um34则调控硒蛋白翻译。tRNASec有两种形式：mcm5U和Um34，后者对硒供应敏感，可提高硒插入效率，使含硒蛋白在资源有限或应激下有序合成。

25种已知硒蛋白中，11种参与抗氧化反应，如GPX和TXNRD系列对抗ROS和氧化损伤。SELENOH调控p53，SELENOO应对氧化应激，其他硒蛋白则帮助蛋白折叠与内质网稳态，部分酶参与甲状腺激素代谢与硒的体内分布。

2024年10月22日，威尔康奈尔医学研究院Elena Piskounova团队在Nature Cancer上发表了一篇题为“Selenocysteine tRNA methylation promotesoxidative stress resistance in melanomametastasis”的论文，发现Um34在氧化应激时增加，促进硒蛋白的翻译和UGA读取，揭示了氧化应激是Um34介导硒蛋白翻译的特定背景，FTSJ1可能是转移性疾病的治疗靶标。

文章索引

【IF】23.5

研究结果

一. 在氧化应激下，硒蛋白的翻译和Um34水平增加

研究团队通过质谱发现硒水平升高会增加Um34并减少前体mcm5U，使黑色素瘤细胞中两种tRNASec异解码体的比例发生变化。

补硒可上调部分硒蛋白的表达，且mRNA水平无显著变化，表明调控主要通过翻译阶段实现。

使用GFP报告系统（gROSI）进一步验证硒半胱氨酸插入在硒和氧化应激下均增加，且二者组合有累加效果，表明Um34在调控硒蛋白翻译中协调硒和氧化状态。

二. FTSJ1是Um34 tRNASec的甲基转移酶

实验显示FTSJ1与EEFSEC和SECp43相互作用，且FTSJ1野生型能够结合tRNASec，而失活突变体FTSJ1-A26P无此能力。FTSJ1的敲除导致Um34几乎完全丧失，过表达FTSJ1则恢复Um34水平。

体外实验进一步确认FTSJ1和WDR6共同催化Um34的甲基化，确立FTSJ1为tRNASec的Um34甲基转移酶。

三. Um34的缺失会影响部分硒蛋白的翻译

作者通过Ribo-seq核糖体印迹分析，FTSJ1-KO细胞显示翻译特定密码子的影响有限，UGA重编码效率显著降低。FTSJ1介导的Um34修饰提高UGA重编码效率。

在缺乏硒的情况下，部分硒蛋白在UGA上游核糖体积累增加，FTSJ1缺失也导致类似积累，这表明FTSJ1在提高UGA重编码效率中起重要作用。

四. FTSJ1调节硒半胱氨酸的插入，与硒的存在无关

Ribo-seq数据显示，FTSJ1-KO黑色素瘤细胞中，多种硒蛋白（如GPX1、GPX4、MSRB1和SELENOH）表达显著降低，表明Um34丧失导致翻译缺陷。FTSJ1缺失还降低了SECISBP2，可能影响硒蛋白的翻译稳定性。

在低硒条件下，FTSJ1过表达能增加GPX1和GPX4的翻译。gROSI报告实验显示，FTSJ1-KO细胞的UGA重编程翻译受抑制，而FTSJ1过表达显著提高了UGA作为硒半胱氨酸的插入。

这些结果表明FTSJ1是UGA重编程翻译的必要且充分条件，并强调不同硒蛋白之间的翻译层次结构。

五. Um34保护癌细胞抵御氧化压力

Um34和FTSJ1在抗氧化应激中至关重要。FTSJ1缺失细胞对氧化剂和铁死亡更敏感，且在硒存在时FTSJ1过表达增强抗氧化能力。恢复实验显示，Um34修饰的tRNASec能缓解氧化应激，而其他FTSJ1修饰的tRNA无此效果。

六. 微小转移灶具有更高的氧化应激和硒半胱氨酸生物合成

研究表明，微小转移灶的氧化应激水平显著高于大转移灶和原发肿瘤，同时与硒半胱氨酸生物合成相关基因的表达显著增加。

虽然不同肿瘤之间硒蛋白mRNA水平无显著差异，但转移灶中硒蛋白翻译上调，可能作为应对氧化应激的保护机制。

成熟的tRNASec和FTSJ1水平在转移灶中升高，Um34修饰增加，进一步支持了硒蛋白翻译性上调在转移过程中的重要性。

七. FTSJ1缺失显著降低肿瘤转移

通过移植缺失FTSJ1的A375黑色素瘤细胞至免疫缺陷小鼠体内，发现FTSJ1缺失显著降低了转移而不影响原发肿瘤的生长。作者使用短发夹RNA敲低FTSJ1在不同PDX模型中重复实验，得到了相同结果。

FTSJ1过表达在体内实验中增加了转移负担但未改变原发肿瘤的生长，表明FTSJ1在体内对转移具有促进作用。

总结

本文发现含硒氨基酸的蛋白质在红氧稳态中关键，翻译受FTSJ1介导的Um34甲基化调控。Um34缺失导致核糖体停滞、UGA重编码降低，使细胞对氧化应激敏感，且在黑色素瘤转移模型中转移能力减弱。FTSJ1促进细胞抗氧化反应所需硒蛋白的翻译，可能成为转移性疾病的治疗靶点。