NCB | Ribo-seq应用：无义抑制与翻译重编码中的Ψ–Ψ密码子-反密码子配对

无义突变会将编码氨基酸的密码子转变为提前终止密码子（PTC）。这会激活细胞内的无义介导的mRNA降解（NMD）监视途径，从而降解大部分含有PTC的转录本。

剩余未被降解的少量mRNA虽然能被翻译，但翻译过程会在PTC处提前终止，产生被截短且通常无功能的蛋白质。因此，无义突变几乎必然导致细胞中功能性蛋白质的完全丧失，并常常引发疾病。

为了恢复全长功能蛋白的表达，研究人员致力于开发能够同时抑制NMD并诱导PTC通读的有效方法。其中一种策略是靶向PTC中的尿嘧啶（U）进行位点特异性的假尿苷化修饰，这种修饰改变了尿嘧啶的化学特性，赋予了假尿苷（Ψ）独特的碱基配对潜力。

2025年9月12日，美国罗切斯特大学医学中心Yi-Tao Yu团队在Nature Chemical Biology上发表了一篇题为“A Ψ–Ψ codon–anticodon pairing in nonsense suppression and translational recoding”的论文。该研究发现了一种新颖的Ψ–Ψ密码子–反密码子配对，该配对具有高亲和力，能够极大地促进密码子-反密码子识别并高效诱导PTC通读。

文章索引

【标题】A Ψ–Ψ codon–anticodon pairing in nonsense suppression and translational recoding

【发表期刊】Nature Chemical Biology

【发表日期】2025年9月12日

【作者及团队】美国罗切斯特大学医学中心Yi-Tao Yu团队

【IF】13.7

研究结果

一、设计box H/ACA gRNA实现tRNA与mRNA的特异性假尿苷化

研究人员通过构建人工box H/ACA gRNA，在酵母细胞中成功实现了对mRNA上PTC的尿嘧啶（U）和相应tRNA反密码子上U36位点的靶向假尿苷化修饰。

利用CMC化学修饰和TLC定量分析等方法，研究团队证实了这种修饰的高度位点特异性。

此外，作者还发现增加gRNA的拷贝数能显著提高tRNA的修饰效率，同时不影响mRNA和tRNA的稳定性和tRNA的氨基酸负载。

二、Ψ–Ψ配对显著增强无义抑制效率

利用酵母中的cup1报告系统，研究发现单独修饰mRNA的PTC或tRNA的反密码子仅能引起微弱的无义抑制。

然而，当同时对PTC和与之匹配的tRNA反密码子进行修饰以形成Ψ–Ψ配对时，无义抑制效果（PTC通读）出现了协同性的显著增强，表明Ψ–Ψ配对是一种能极大促进密码子–反密码子识别的真实互作。

三、Ψ–Ψ介导的无义抑制效应在不同的基因背景下同样显著

作者在无内含子的mCherry基因中引入PTC，进一步验证Ψ–Ψ配对效应。

共表达配对gRNA可使荧光信号提升5–10倍，蛋白表达量恢复至野生型的54–65%，且不影响mRNA稳定性或tRNA氨基酰化水平。

四、Ψ–Ψ介导的无义抑制效应在人类细胞中同样存在

研究人员将mCherry报告系统应用于HEK293T人类细胞中，同样观察到协同增强的无义抑制现象。

当同时靶向修饰PTC（K14UAA或K14UAG）和匹配的tRNA反密码子时，全长mCherry蛋白的表达水平远高于单独修饰PTC的情况。

五、Ψ–Ψ碱基对具有高亲和力

通过对含有不同碱基对的RNA双链进行熔解曲线分析，作者从生物物理学层面验证了Ψ–Ψ配对的稳定性。

结果显示，含有Ψ–Ψ配对的RNA双链比含有U–U或U–Ψ配对的双链稳定得多，其热力学稳定性（ΔG37°C）接近于标准的U–A配对，这为Ψ–Ψ配对能在翻译过程中高效促进密码子识别提供了直接证据。

总结

本研究通过靶向RNA编辑技术，首次鉴定出一种新颖的Ψ–Ψ密码子–反密码子碱基配对，并证明了其在翻译过程中的功能。这一发现揭示了Ψ–Ψ配对作为一种高亲和力的互作模式，能高效促进无义抑制和翻译重编码，不仅加深了对遗传密码灵活性的理解，也为开发治疗无义突变相关疾病的新疗法开辟了道路。