眾所周知，根據(jù)中心法則，DNA轉(zhuǎn)錄為mRNA，mRNA再翻譯為蛋白質(zhì)，mRNA的降解速率是每個(gè)基因產(chǎn)生的蛋白質(zhì)的數(shù)量的主要決定因素，而這又會(huì)影響細(xì)胞功能。例如，對(duì)于mRNA疫苗，mRNA存在更長時(shí)間會(huì)產(chǎn)生更多蛋白質(zhì)，從而更好地激活免疫系統(tǒng)以抵抗感染；而對(duì)于CRISPR-Cas9基因編輯，產(chǎn)生Cas9蛋白的mRNA最好在完成編輯后立即被清除，以防止錯(cuò)誤地編輯其他基因。
在mRNA翻譯為蛋白質(zhì)的過程中，轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）負(fù)責(zé)識(shí)別mRNA上的每個(gè)密碼子，并將對(duì)應(yīng)的氨基酸添加到多肽鏈，再進(jìn)一步折疊、修飾為蛋白質(zhì)。
而 Science 期刊發(fā)表的一項(xiàng)最新研究發(fā)現(xiàn)了tRNA的全新作用——在翻譯過程中調(diào)控mRNA降解。
2024年11月22日，德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心 Joshua Mendell 教授團(tuán)隊(duì)（博士后朱小強(qiáng)為第一作者）在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Science 上發(fā)表了題為：Specific tRNAs promote mRNA decay by recruiting the CCR4-NOT complex to translating ribosomes 的研究論文。
該研究通過冷凍電子顯微鏡和tRNA突變實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，解碼精氨酸密碼子的特異性tRNA直接將CCR4-NOT復(fù)合體招募到正在翻譯的核糖體，啟動(dòng)mRNA降解，從而促進(jìn)mRNA周轉(zhuǎn)。相反，還有一些tRNA具有阻止CCR4-NOT復(fù)合體募集的結(jié)構(gòu)特征。
該研究發(fā)現(xiàn)了tRNA在翻譯過程中調(diào)控mRNA降解的新作用——P位點(diǎn)tRNA介導(dǎo)的mRNA降解（P-site tRNA–mediated mRNA decay），擴(kuò)展了tRNA的已知功能，揭示了調(diào)控哺乳動(dòng)物細(xì)胞中mRNA穩(wěn)定性的新機(jī)制，這一機(jī)制對(duì)于調(diào)控基因表達(dá)至關(guān)重要，尤其是線粒體相關(guān)mRNA，因此，這一發(fā)現(xiàn)可能為線粒體遺傳病、肥胖癥以及癌癥等線粒體相關(guān)疾病提供新的治療方法。
許多RNA結(jié)合蛋白和調(diào)節(jié)性RNA通過與特定信息結(jié)合并招募降解因子（包括CCR4-NOT復(fù)合物）來促進(jìn)mRNA降解，CCR4-NOT復(fù)合物通過去除mRNA的poly(A)尾使其不穩(wěn)定。
最近有研究表明，當(dāng)翻譯效率低下時(shí)，CCR4-NOT復(fù)合物也可以直接募集到核糖體。具體而言，當(dāng)核糖體遇到含有有限同源tRNA的密碼子（非最優(yōu)密碼子）時(shí)，它可能會(huì)以空的A位點(diǎn)（A-site）和E位點(diǎn)（E-site）的構(gòu)項(xiàng)暫停下來。這使得CCR4-NOT復(fù)合物的一個(gè)亞單位CNOT3與空的E位點(diǎn)結(jié)合，從而促進(jìn)mRNA的降解和加速周轉(zhuǎn)。
對(duì)人HEK293T細(xì)胞中與CNOT3結(jié)合的核糖體相關(guān)的mRNA印記進(jìn)行高通量測(cè)序發(fā)現(xiàn)，在A位點(diǎn)緩慢解碼的密碼子的存在并不是核糖招募CNOT3的強(qiáng)信號(hào)。相反，P位點(diǎn)的特定精氨酸密碼子（CGG、CGA和AGG）與CNOT3的招募高度相關(guān)，而其他密碼子（包括指定天冬酰胺、賴氨酸、異亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸和蘇氨酸的密碼子）則從結(jié)合CNOT3的核糖體的P位點(diǎn)被消耗。
mRNA半衰期的測(cè)量和mRNA密碼子含量的分析表明，編碼線粒體核糖體蛋白的mRNA高度富集了CNOT3相關(guān)的精氨酸密碼子，因此，CCR4-NOT復(fù)合物是一個(gè)強(qiáng)大的線粒體翻譯和質(zhì)量的負(fù)調(diào)控因子。
研究團(tuán)隊(duì)表示，由于線粒體相關(guān)mRNA受這種新發(fā)現(xiàn)的mRNA降解機(jī)制的影響最為嚴(yán)重，將來有望利用這種降解機(jī)制來治療某些遺傳性線粒體疾病以及其他線粒體發(fā)揮關(guān)鍵作用的疾?。ɡ绶逝职Y和癌癥）。
為了研究P位點(diǎn)密碼子身份如何調(diào)控CNOT3招募，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)含有CGG精氨酸密碼子的CNOT3結(jié)合的核糖體進(jìn)行了冷凍電鏡分析，結(jié)合tRNA和CNOT3的突變，產(chǎn)生的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)揭示了P位點(diǎn)tRNA在CNOT3招募中的核心作用。
核糖體的分子模型（藍(lán)色和黃色），CCR4-NOT復(fù)合物的一部分（綠色）結(jié)合在E-位點(diǎn)，識(shí)別P-位點(diǎn)的特異性精氨酸t(yī)RNA（橙色）。
具體來說，CNOT3進(jìn)入空的E位點(diǎn)，與P位點(diǎn)tRNAArg,CCG的D臂（D-arm）形成氫鍵相互作用。這些促進(jìn)CNOT3募集的相互作用依賴于解碼CGG、CGA和AGG的精氨酸t(yī)RNA中罕見的U13:A22:A46三聯(lián)體的存在。此外，解碼從CNOT3結(jié)合核糖體中缺失的密碼子的tRNA通常在D環(huán)（D-loop）中含有一個(gè)額外的核苷酸，該核苷酸與CNOT3發(fā)生空間沖突，從而阻止其募集。
P位點(diǎn)tRNA控制著CCR4-NOT復(fù)合體向翻譯中的核糖體的募集。緩慢解碼導(dǎo)致核糖體具有空的A位點(diǎn)和E位點(diǎn)，為CNOT3進(jìn)入E-位點(diǎn)并探測(cè)P-位點(diǎn)tRNA提供了機(jī)會(huì),精氨酸特異性tRNA穩(wěn)定CNOT3的募集并促進(jìn)mRNA的降解，而其tRNA在空間上阻斷CNOT3的結(jié)合，使mRNA能夠繼續(xù)翻譯。
總的來說，該研究揭示了tRNA除了在mRNA解碼中發(fā)揮經(jīng)典作用外，還參與了翻譯中的核糖體招募轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，從而促進(jìn)mRNA降解，加速其周轉(zhuǎn)。研究團(tuán)隊(duì)提出了P位點(diǎn)tRNA介導(dǎo)的mRNA降解（P-site tRNA–mediated mRNA decay）來描述這種mRNA加速周轉(zhuǎn)的新機(jī)制。
論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq8587
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