Nature子刊|tRNA氨酰化联合Ribo-seq揭示米色脂肪分化中的翻译调控新机制-康成生物丨数谱生物

Nature子刊|tRNA氨酰化联合Ribo-seq揭示米色脂肪分化中的翻译调控新机制

目前，对于翻译调控如何以及在多大程度上塑造产热脂肪细胞的细胞和代谢特征，我们几乎一无所知。近期发表于Nature Communication（IF=15.7）的研究Cross-talks between Metabolic and Translational Controls during Beige Adipocyte Differentiation，利用氨酰化mim-tRNA检测，Ribo-seq，RNA-seq，蛋白组学等联合分析发现，米色脂肪细胞分化过程中代谢与翻译之间存在交叉调控通路：OXPHOS下调与TCA上调协同重塑线粒体代谢活性；谷氨酸密码子处翻译暂停增强，降低了细胞骨架等基因的翻译。

背景介绍：代谢与翻译的“双向对话”

产热脂肪细胞（棕色和米色）通过解偶联呼吸耗能产热，有助于改善肥胖，但其分化过程中代谢与形态特征如何建立尚不清楚。传统研究多关注转录调控，然而mRNA水平无法完全反映蛋白质丰度，翻译层面的调控同样关键，且代谢物可反馈影响基因表达。目前，产热脂肪分化中翻译活性及代谢-翻译互作仍缺乏系统评估。

图1. 米色脂肪细胞分化过程中代谢与翻译相互调控的模型。

实验思路图

实验结果展示

米色脂肪细胞分化过程中OXPHOS复合物翻译减弱

为探究白色脂肪组织褐变分化中的基因调控，我们利用Ribo-seq、RNA-seq和蛋白组学，定量分析了米色脂肪分化0、4、8天的总RNA、翻译RNA及蛋白质水平（图1A）。筛选翻译效率显著变化的基因后发现，其总RNA与蛋白水平变化差异明显，但翻译中mRNA与蛋白水平呈一致增减（图1B）。GSEA和PPI分析显示，OXPHOS复合物组分基因在分化中翻译减弱（图1C），蛋白降低，表明翻译调控关键性地影响其蛋白表达。

图2. 米色脂肪细胞分化过程中OXPHOS复合物翻译效率降低。

翻译调控改变了OXPHOS和TCA循环的蛋白平衡

Ribo-seq及蛋白组学显示，线粒体翻译抑制导致OXPHOS复合物I、III、IV、V（mtDNA参与编码）选择性下调，而核编码的复合物II不受影响（图2A-B）；抑制线粒体翻译可同时下调这些复合物的核基因与线粒体基因表达（图2C）。产热脂肪细胞中复合物I、III、IV、V组分翻译普遍下调，而复合物II中TCA相关基因翻译则显著升高（图2D），表明翻译调控重塑了OXPHOS与TCA循环的蛋白平衡。

图3. 翻译调控改变了OXPHOS和TCA循环的蛋白平衡

谷氨酸密码子处核糖体暂停增强抑制蛋白骨架基因翻译

Ribo-seq显示，分化中谷氨酸（Glu）密码子处核糖体暂停增强（图3A），延伸受阻。代谢重塑表现为Glu向Gln转化增强，Glu/Gln比值下降（图3B）；氨酰化mim-tRNA检测发现氨酰化Glu-tRNA减少（图3C），提示氨酰化tRNA供应不足导致翻译暂停。抑制Glu合成可优先抑制含Glu密码子基因（多为细胞骨架相关）翻译导致其蛋白合成受抑、mRNA稳定性下降，肌动蛋白聚合解聚（图3D）。阻断Glu合成或破坏肌动蛋白聚合均影响分化，表明代谢重塑通过翻译暂停介导细胞骨架重塑调控脂肪细胞分化（图3E）。

图4. 分化过程中谷氨酸密码子核糖体暂停增强抑制细胞骨架基因翻译

总结与展望

本研究利用多组学技术首次揭示米色脂肪分化中两条代谢-翻译通路：OXPHOS翻译下调与TCA上调协同重塑线粒体；谷氨酸重塑致氨酰化Glu-tRNA不足，核糖体暂停增强，抑制细胞骨架基因翻译。该发现将代谢物、核糖体暂停与分化命运直接关联，未来可靶向GLUL/GLS调控翻译暂停，为肥胖治疗提供新策略。
研究信息：该研究由韩国光州科学技术院（GIST）等单位完成，发表于《Nature Communications》（2025年4月），DOI: 10.1038/s41467-025-58665-x。
Aksomics（数谱生物）提供氨酰化mim-tRNA-seq和Ribo-seq技术服务，Ribo-seq提供密码子分辨率的核糖体停滞分析，结合氨酰化mim-tRNA-seq（tRNA表达、氨酰化及修饰），系统解析tRNA变化对翻译过程的影响；通过将tRNA与对应密码子处的核糖体停滞变化相结合，快速筛选tRNA下游mRNA靶标，助力发现新的翻译调控机制。

康成生物|数谱生物能够提供的相关技术服务：

氨酰化mim-tRNA-seq
Ribo-seq
RNA-seq

蛋白组学

Nature子刊|tRNA氨酰化联合Ribo-seq揭示米色脂肪分化中的翻译调控新机制

免费热线:400-886-5058

800-820-5058