NAR | tRNA应用：TRMT11–TRMT112复合物调控线粒体tRNA的m²G10修饰

修饰核苷酸是细胞RNA功能的重要特征，它们能够精细调控并动态调节基因表达。通过增加标准核苷的化学多样性，RNA修饰能够调节RNA与RNA或RNA与蛋白质的相互作用，从而影响RNA的结构、稳定性和功能。

在所有转录本中，转运RNA（tRNA）是修饰最广泛且最多样化的RNA类型，这些修饰对其在核糖体上充当信使RNA密码子与新生肽之间的适配器功能至关重要。尤其是线粒体tRNA（mt-tRNA）因其结构退化而极其依赖这些修饰来维持构象并扩展解码能力。

在多种核编码和线粒体编码的tRNA中，N²-甲基鸟苷（m²G）修饰常出现在第10位，其通过参与形成D臂来稳定tRNA核心的折叠区域。尽管目前已鉴定出多种催化核内tRNA发生m²G修饰的RNA甲基转移酶，但负责线粒体tRNA第10位甲基化的酶至今仍未被发现。

2026年8月24日，德国哥廷根大学Katherine E. Bohnsack团队在Nucleic Acids Research上发表了题为“Guanosine 10 methylation by TRMT11–TRMT112 optimizes human mitochondrial tRNAs for efficient translation”的研究论文。本研究首次发现人类RNA甲基转移酶TRMT11及其辅因子TRMT112能够通过N端靶向信号进入线粒体，并负责在13种mt-tRNA的第10位安装m²G修饰。

文章索引

【标题】Guanosine 10 methylation by TRMT11–TRMT112 optimizes human mitochondrial tRNAs for efficient translation

【发表期刊】Nucleic Acids Research

【发表日期】2026年8月24日

【作者及团队】德国哥廷根大学Katherine E. Bohnsack团队

【IF】13.1

研究结果

一、TRMT11与TRMT112定位于线粒体基质

研究人员利用蛋白酶保护实验和双分子荧光互补实验，证实了TRMT11和TRMT112均存在于线粒体基质中。

研究发现这两个蛋白依赖其N端隐蔽的线粒体靶向序列（MTS）完成线粒体输入，从而揭示了它们在细胞质之外的双重定位。

二、TRMT11与细胞质和线粒体tRNA发生交联

通过紫外交联及cDNA分析（CRAC）技术，研究全面绘制了TRMT11结合RNA的图谱。

结果显示TRMT11不仅与核编码tRNA结合，还广泛结合多种mt-tRNA，且其THUMP结构域主要与tRNA受体茎的3'端发生相互作用。

三、TRMT11在线粒体tRNA中催化m²G10修饰

利用高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）和新型m²G敏感型DNA酶（DNAzyme）切割实验，研究对比了野生型和TRMT11敲除细胞的修饰差异。

实验确证了TRMT11是负责在13种特定mt-tRNA上安装m²G10修饰的唯一甲基转移酶。

四、TRMT11与TRMT112的结合是mt-tRNA发生G10甲基化所必需的

借助AlphaFold结构建模与定点突变实验，研究构建了催化位点突变（D244A）和互作界面突变（D285R）的细胞系。

结果表明TRMT11的催化活性及其与辅因子TRMT112的结合对于在线粒体中实现mt-tRNA的G10甲基化缺一不可。

五、TRMT11-TRMT112介导G10甲基化所需的mt-tRNA元件

通过体外转录和体外甲基化实验，研究系统分析了不同mt-tRNA突变体对甲基化效率的影响。

发现G10-C25碱基对及特定的三级结构特征决定了底物识别，且在结构退化的mt-tRNALys中，m¹A9修饰能显著增强m²G10的安装效率。

六、m²G10缺失在结构上影响多种mt-tRNA

利用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳和酸性尿素凝胶电泳，研究评估了修饰缺失对tRNA构象和氨基酰化的影响。

发现m²G10的缺失会导致多种mt-tRNA的电泳迁移率发生改变，表明其空间构象受损，但并未显著影响tRNA的氨基酰化水平或线粒体核糖体结合。

七、TRMT11-TRMT112介导的m²G10修饰是高效线粒体翻译和功能所必需的

通过放射性同位素代谢标记和Seahorse实时呼吸测定，研究评估了TRMT11敲除对线粒体功能的影响。

结果证实m²G10修饰的缺失会显著降低线粒体氧化磷酸化核心蛋白的合成速率，进而损害细胞的基础和最大线粒体呼吸能力。

总结

本研究成功鉴定了TRMT11-TRMT112复合物为线粒体m²G10甲基转移酶，解开了长期以来关于该修饰来源的谜团。研究强调了m²G10修饰在稳定退化的mt-tRNA结构中的核心地位，证明了该修饰对于维持线粒体翻译保真度和细胞能量代谢具有至关重要的生理意义。