NAR丨Ribo-seq应用：2'-O-甲基化介导的RNA翻译起始调控新机制

真核生物的翻译起始是一个复杂的分子间相互作用过程，需要高效识别最佳的AUG起始密码子。然而翻译起始复合物经常在上游非最佳起始密码子或近同源密码子处起始，从而导致上游开放阅读框的表达。

这些上游开放阅读框过去被认为仅是顺式调控序列，但近期研究表明它们还能产生具有多种生物学功能的稳定微肽。此外上游起始引起的N端延伸现在也被认为是蛋白质组扩张的重要来源。

然而，上游起始密码子或近同源起始密码子选择背后的机制仍未完全阐明。表观转录组学作为一种调控翻译起始的机制，其内部2'-O-甲基化修饰在5' UTR中的具体功能目前尚不清楚。

2026年9月22日，美国西北大学Daniel Arango团队在Nucleic Acids Research上发表了题为“Site-specific inhibition of translation initiation via 2′-O-methylation”的研究论文。本研究揭示在上游AUG中尤为明显，可促使核糖体漏扫并增强下游经典开放阅读框表达，揭示了mRNA的Nm修饰是一种位点和密码子特异性的翻译起始调控机制。

文章索引

【标题】Site-specific inhibition of translation initiation via 2'-O-methylation

【发表期刊】Nucleic Acids Research

【发表日期】2026年9月22日

【作者及团队】美国西北大学Daniel Arango团队

【IF】13.1

研究结果

一、起始密码子与核糖体存在关键氢键相互作用

通过对已发表的翻译起始复合物冷冻电镜结构进行回顾性分析，研究发现在起始密码子AUG的第一个核苷酸A[+1]的2'-OH基团与18S核糖体RNA（rRNA）之间存在潜在的氢键，这可能对起始密码子的精确识别至关重要。

二、AUG起始密码子A[+1]位的2'-O-甲基化修饰能特异性抑制翻译

研究人员利用三段式夹板连接法构建了在Kozak序列不同位置带有单个N_m修饰的mRNA报告系统。

实验结果显示，仅在AUG密码子的A[+1]位引入N_m修饰会极大地抑制下游报告蛋白（NanoLuc和GFP）的表达，且这种抑制作用具有转录本特异性，不影响mRNA的稳定性。

三、2'-O-甲基化对非AUG密码子翻译的抑制作用弱于AUG

通过Ribo-seq核糖体印迹分析并结合构建含有近缘起始密码子（如CUG、GUG等）的mRNA报告系统，研究发现N_m修饰同样能抑制这些密码子的翻译起始，但其抑制效率远低于对经典AUG密码子的抑制。

这表明2'-O-甲基化修饰的抑制作用在很大程度上依赖于密码子的类型。

四、2'-O-甲基化通过抑制起始密码子识别来调控翻译

利用含有uORF的报告系统以及Polysome profiling多聚核糖体分析，研究发现对uORF的起始密码子进行2'-O-甲基化能显著增强下游主蛋白的翻译。

同时，该修饰减少了翻译起始复合物（48S和80S）在修饰位点的形成，证明了N_m是通过阻碍起始密码子的识别，而非阻断核糖体结合或诱导其解离，来发挥抑制作用的。

五、内源性mRNA的上游起始密码子存在2'-O-甲基化并调控蛋白表达

通过分析测序数据和多种生化方法（RTL-P和Nm-VAQ）验证，研究确认在多种细胞的内源性mRNA（如NEK2和GNL3）的5' UTR上游起始密码子中存在N_m修饰。

敲低负责该修饰的关键酶纤维蛋白原（FBL），会导致这些基因的主蛋白表达水平下降，从而证实了N_m修饰在活细胞内对翻译起始的调控功能。

总结

该研究首次揭示了mRNA起始密码子上的2'-O-甲基化是一种有效的、位点和密码子特异性的翻译起始抑制机制。这一机制通过干扰核糖体对起始密码子的识别，调控uORF和主ORF的翻译平衡，为表观转录组调控基因表达提供了新的视角，并为RNA精准医疗提供了潜在的新策略。