NC | Polysome profiling应用：线粒体甲基化调控线粒体核糖体组装

S-腺苷甲硫氨酸（SAM）是细胞主要的甲基供体，参与表观遗传和大分子合成。约30%的SAM在线粒体中，支持泛醌、硫辛酸生物合成及线粒体RNA和蛋白质的甲基化。

线粒体基因表达依赖线粒体内SAM（mitoSAM），它促进tRNA和rRNA的多种甲基修饰，帮助核糖体组装和功能。相关甲基转移酶包括TRMT10C、METTL15、NSUN4等。

线粒体RNA通过专门核酸酶加工成熟。SAM无法在线粒体内合成，需通过SLC25A26编码的转运蛋白导入。SLC25A26变异会导致严重线粒体疾病，SAM导入不足会损害线粒体基因表达。

文章索引

【IF】14.7

研究结果

SAMC是线粒体SAM唯一进口通道，敲除导致线粒体SAM缺乏。

肌肉特异性敲除小鼠表现出12S rRNA甲基化下降和呼吸链蛋白减少，线粒体mRNA增加但部分mtRNA减少，mt-tRNA稳态水平受影响，表明转录与翻译失衡。

二. 线粒体甲基化潜能影响原始转录本的加工

作者利用长读长测序，发现线粒体SAM缺乏导致未加工转录本显著增加，尤其集中在线粒体核糖体基因簇和含tRNA的多顺反子区域。

Samc敲除小鼠和细胞中，12S和16S rRNA加工受阻，未加工转录本对转录抑制敏感，表明甲基化对线粒体RNA加工至关重要。

三. 线粒体核糖体组装依赖线粒体SAM

Polysome profiling多聚核糖体分析显示线粒体SAM缺乏导致线粒体翻译受损，肌肉敲除小鼠轻度下降，细胞完全缺失则无翻译活性。

核糖体组装异常，小亚基积累未成熟蛋白，大亚基减少，早期加工因子异常富集，表明甲基化缺失使核糖体成熟和组装受阻。

四. mt-tRNAPhe和mt-tRNAVal的加工促进早期核糖体组装

mtF和mtV作为结构性tRNA参与线粒体核糖体组装。mitoSAM缺失时，这些tRNA和未加工rRNA积聚，导致核糖体早期组装受阻。

五. 大亚基组装依赖线粒体SAM

线粒体SAM缺失导致mtLSU组装停滞，肽酰转移酶中心未成熟，阻碍完整核糖体形成。

关键组装因子和结构性tRNA异常结合，核糖体蛋白uL16m缺失影响结构成熟，最终导致核糖体功能受损。

六. 线粒体SAM是肽酰转移酶中心成熟所必需

线粒体SAM缺失导致肽酰转移酶中心（PTC）部分无序，阻碍PTC关键环状结构的甲基化和重塑，进而妨碍GTPBP5结合和PTC成熟，最终抑制线粒体大亚基的组装和功能。

总结

本研究发现S-腺苷甲硫氨酸（SAM）是细胞主要的甲基供体，在线粒体基因表达中关键，揭示了SAM对线粒体rRNA加工和大亚基成熟的重要作用，连接了细胞甲基化能力与线粒体翻译功能。

点击图片查看

点击图片查看