NC | Disome-seq应用：线粒体蛋白质合成中翻译终止与核糖体循环的调控机制

线粒体由于其在进化过程中源自细菌祖先，其蛋白质合成系统展现出独特的mRNA和翻译因子特征。尽管这种进化关联存在，但线粒体翻译在遗传密码、终止密码子生成及多顺反子结构等方面均发展出了显著差异。

特别是在人类中，线粒体翻译不仅使用标准终止密码子，还包含AGA和AGG等非规范终止密码子。目前学术界对于识别这些非规范终止密码子的具体释放因子仍存在长期争议，且mtRF1与mtRF1L的作用尚未完全明确。

此外，线粒体多聚核糖体的回收、质量控制以及在多顺反子mRNA上的重新起始机制仍有待深入探索。阐明这些翻译动力学过程对于理解线粒体功能及其在疾病中的作用具有至关重要的生物学意义。

2026年7月21日，日本理化学研究所Shintaro Iwasaki团队在Nature Communications发表了题为“Mitochondrial translation termination, recycling, reinitiation, and rescue for in-frame and out-of-frame contexts” 的研究论文。该研究通过高分辨率线粒体核糖体印迹分析技术，系统揭示了线粒体翻译终止、再循环、再起始和拯救过程的分子机制。

文章索引

【标题】Mitochondrial translation termination, recycling, reinitiation, and rescue for in-frame and out-of-frame contexts

【发表期刊】Nature Communications

【发表日期】2026年7月21日

【作者及团队】日本理化学研究所Shintaro Iwasaki团队

【IF】15.7

研究结果

一、mtRF1L和mtRF1在终止密码子识别上存在分工协作

研究利用CRISPR-Cas9技术敲除特定因子并结合Ribo-seq核糖体印迹分析，发现mtRF1L能识别包括UAA、UAG、AGA和AGG在内的所有终止密码子以终止翻译。

相反，mtRF1具有严格的底物特异性，仅在非经典的AGA和AGG终止密码子处发挥作用。这表明两种释放因子在识别非经典密码子时存在功能冗余机制以确保翻译的正确终止。

二、mtRF1可处理移码翻译并维持线粒体蛋白质稳态

通过在小鼠和人类细胞中进行Disome-seq双核糖体印迹分析，研究发现敲除mtRF1会导致线粒体双聚核糖体在含有AGA或AGG序列的-1移码位点发生显著停滞。

这表明mtRF1负责终止那些发生自发或程序性移码翻译的错误转录本，解释了为何不含非经典主终止密码子的物种也保留了该基因。

三、mtRRF和mtIF3驱动核糖体回收及多顺反子内部再起始

研究者观察到敲除mtRRF或mtIF3会使线粒体大亚基无法在终止密码子处正常解离，并且下游内部转录本的翻译密度显著降低。

这揭示了上游翻译完成后释放的核糖体小亚基会沿着mRNA或3' UTR滑动并在下游重新起始，而这一内部翻译高度依赖于mtRRF和mtIF3介导的回收过程。

四、拯救因子复合物共同监控翻译起始和早期延伸

通过对缺失ICT1、mtRF-R或mtRES1等拯救因子的细胞进行分析，研究发现大量线粒体核糖体异常堆积在起始密码子及其下游的早期延伸区。

这表明线粒体多聚核糖体和单核糖体在组装及翻译起步阶段受到了严格的质量监控，以清除异常复合体。

五、HEMK1介导的甲基化修饰提升翻译终止效率

研究通过检测HEMK1敲除细胞的翻译动态，观察到线粒体核糖体在各类终止密码子处均出现了轻微但显著的停滞。

这证明HEMK1对释放因子GGQ基序的甲基化虽然不是翻译终止的绝对前提条件，但能有效增强终止催化效率。

总结

本研究系统解析了线粒体翻译在终止、回收、再起始以及早期监控等各个生命周期的分子机制。通过高分辨率多组学图谱和突变细胞系的结合，揭示了线粒体独特的释放因子分工机制和多顺反子翻译依赖的核糖体滑行策略。这些成果极大丰富了科学界对线粒体蛋白质合成演化及质量控制全貌的认知。