人源FTSJ1-THADA复合体识别tRNA的结构解析揭示2'-O-甲基化修饰的分子机制

在生命体的精密调控网络中，tRNA作为蛋白质合成的关键适配分子，其上的化学修饰如同神秘的密码，深刻影响着基因表达的精确性。其中，反密码子环第32位和34位的2'-O-甲基化(Nm³²
和Nm³⁴
)修饰尤为关键，它们如同tRNA的"分子指纹"，确保翻译过程的保真度和效率。然而，这些修饰异常的后果触目惊心——在人类中，负责Nm³²
修饰的FTSJ1基因突变会导致非综合征性X连锁智力障碍(NSXLID)，但科学家们对其致病机制的认识仍如雾里看花。

更令人困惑的是，FTSJ1这个"分子雕刻师"需要不同的搭档蛋白才能完成不同位置的修饰：与THADA结合时负责Nm³²
修饰，与WDR6结合时则负责Nm³⁴
修饰。虽然酵母FTSJ1-WDR6复合体的结构已被解析，但FTSJ1-THADA这个"二人组"如何识别并修饰tRNA的分子细节，以及两种复合体为何表现出不同的底物特异性，这些问题的答案仍隐藏在结构的迷雾中。

为了揭开这些谜团，RIKEN的研究团队采用冷冻电镜技术这一"分子显微镜"，成功捕获了人源FTSJ1-THADA复合体在apo状态和tRNA结合状态下的精细结构。研究人员首先在HEK293F细胞中共表达并纯化了FTSJ1-THADA复合体，通过尺寸排阻色谱确认其形成稳定的异源二聚体。随后利用冷冻电镜技术获得了2.66 ?分辨率的复合体结构，发现THADA形成空心圆柱状结构，具有高度灵活的N端尾状域，而tRNA底物则被锚定在THADA内部。

关键技术方法包括：冷冻电镜单颗粒分析技术解析复合体结构；体外甲基化活性检测系统评估突变体功能；免疫共沉淀验证蛋白互作；使用FTSJ1敲除细胞提取的总RNA作为甲基化底物；通过AlphaFold预测模型辅助结构解析。

【FTSJ1-THADA复合体的结构特征】
研究揭示THADA形成直径约100 ?的环状结构，其N端尾状域(1-344)呈现高度动态性，存在"开放"和"关闭"两种构象状态。在tRNA结合后，复合体稳定在"关闭"状态，此时THADA的α10螺旋与tRNA的D环相互作用。FTSJ1通过C端区域(Cys²³⁸
-Tyr²⁵⁰
)与THADA的α62螺旋及其相邻loop区结合，形成独特的氢键网络和π-π堆积相互作用。

【甲基化中心的精细结构】
SAH(腺苷同型半胱氨酸)与FTSJ1活性中心的Ser²⁵
、Ser⁵⁴
、Asp⁷⁵
和Asp⁹¹
形成氢键网络，其硫原子与tRNA C³²
的2'-OH基团仅相距3.3 ?。四个保守催化残基(Lys²⁸
、Asp¹¹⁶
、Lys¹⁵⁶
和Glu¹⁹¹
)环绕在底物周围，其中Lys¹⁵⁶
直接与C³²
的2'-OH形成氢键，构成甲基转移反应的核心催化中心。

【tRNA识别机制】
与核糖体结合的tRNA相比，FTSJ1-THADA结合的tRNA反密码子环发生约10 ?位移。THADA通过圆柱核心(α36螺旋、保守motif 1)和N端尾状域(α10螺旋)多区域识别tRNA，关键残基如Gln⁶⁸⁰
、Thr⁷⁹⁸
、Arg¹¹⁰⁵
和His¹¹⁰⁶
与tRNA碱基形成特异性氢键。突变实验证实这些残基对甲基化活性至关重要，如Gln680Ala和Thr798Ala突变几乎完全丧失活性。

【底物特异性决定因素】
序列分析发现Nm³²
修饰的tRNA在36和38位偏好嘌呤碱基，这与THADA中Tyr⁸⁴³
和Thr⁷⁹⁸
形成的识别网络相吻合。不同于FTSJ1-WDR6需要m¹
G³⁷
和Cm³²
等预先修饰，FTSJ1-THADA可直接结合未修饰tRNA，暗示Nm³²
可能是tRNA成熟过程中的早期修饰。

这项研究首次描绘了FTSJ1-THADA复合体识别和修饰tRNA的完整分子图景，揭示了两种FTSJ1复合体采用不同结合模式的进化策略。特别值得注意的是，THADA中与2型糖尿病相关的Thr¹¹⁸⁷
位点远离tRNA结合区，提示其可能参与SERCA调控等独立功能。研究成果不仅为理解NSXLID的致病机制提供了结构基础，也为开发针对tRNA修饰异常相关疾病的干预策略指明了新方向。正如研究者指出的，未来解析FTSJ1-WDR6-tRNA三元复合体结构，将有助于全面揭示这两种修饰系统在时序和空间上的协调机制。

《Communications Biology》：Structural insights into tRNA recognition of the human FTSJ1-THADA complex