【Science】解开多年之谜！研究揭示植物新的蛋白翻译起始方式，依赖A/U基序
2023/9/6 14:19:09 阅读：40 发布者：
线粒体是能量转换和代谢所需的真核细胞器。由于线粒体可能是曾经通过内共生结合的细菌的残余物，因此它们保留了许多与细菌祖先相似的特征。大多数真核生物中的线粒体保留了自己的基因组，该基因组编码线粒体所需的一些蛋白质。然而，在进化过程中，许多线粒体成分在真核生物物种之间发生了实质性差异，其中线粒体核糖体就是一个典型的例子。线粒体mRNA如何被线粒体识别以启动植物中的蛋白质翻译一直是一个谜，特别是因为线粒体mRNA缺乏细菌型Shine-Dalgarno核糖体结合序列。
2023年9月1日，Science杂志在线发表了来自瑞典隆德大学Olivier Van Aken课题组题为“An mTRAN-mRNA interaction mediates mitochondrial translation initiation in plants”的研究论文，该研究发现拟南芥线粒体的翻译起始需要两种蛋白质mTRAN1和mTRAN2。mTRAN蛋白形成核糖体小亚基的一部分，并与线粒体基因的5′UTR的基序结合，允许蛋白质翻译开始。因此，该研究破解了陆地植物线粒体mRNA起始翻译的分子机制。
该研究首先发现陆地植物特异表达的蛋白mTRAN1和mTRAN2，该基因在绿藻，动物和真菌中不存在。研究进一步发现mTRANs仅在线粒体内发现，当mTRAN1和/或mTRAN2在拟南芥中突变时，植物表现出从中度生长抑制到胚胎致死，表明它们对正常植物发育至关重要。在mtran双突变体中，线粒体的产生和功能受损，包括线粒体编码亚基（复合物I，III，IV和V）的所有氧化磷酸化复合物的丰度和活性降低。另外，研究使用免疫共沉淀测定，发现mTRAN1/2是植物线粒体“小”亚基（mtSSU）的一部分，与以前的研究一致。
另一方面，mtran双突变体降低了线粒体蛋白合成速率。在mtran双突变体中，很大一部分线粒体mRNA未被线粒体核糖体结合，这表明mTRANs在翻译起始中具有重要作用。蛋白结构模型表明，mTRAN蛋白是与五肽重复（PPR）蛋白相关的α-螺线管蛋白，因此是潜在的RNA结合蛋白。该研究在数千个植物线粒体基因的5'序列中搜索了保守的基序，并鉴定了富含A / U的基序（CUUUxU和AAGAAx / AxAAAG），表明mTRAN1可以在体外和体内直接结合这些基序。最后，使用核糖体足迹（Ribo-seq），表明mTRANs是可能所有植物线粒体mRNA的结合和翻译所必需的。
综上所述，这项研究将mTRAN蛋白确定为植物线粒体翻译所需的因子，并表明mTRANs可以结合存在于植物线粒体mRNA的5′区域中的保守的富含A / U的基序，这些基序可以作为核糖体结合位点。因此，植物线粒体翻译的启动似乎使用与细菌或哺乳动物线粒体不同的蛋白质-mRNA相互作用。
论文链接：https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adg0995
转自：“iPlants”微信公众号
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