|
单细胞测序技术服务 靶向单细胞测序（lncRNA&mRNA） 单细胞测序 |
|
蛋白表达定量 DIA定量蛋白质组学 Label free非标定量 |
蛋白修饰定量 N-糖基化蛋白组学 O-GlcNAc修饰蛋白质组学 |
|
Ribo-seq Ribo seq（ribosome profiling） |
核糖体-新生肽链复合物(RNC) RNC联合 circRNA芯片 RNC联合 lncRNA芯片 RNC-seq |
|
NGS测序技术服务 环状DNA测序（eccDNA测序） |
PCR技术服务 环状DNA PCR技术服务 |
tRNA氨酰化（tRNA charging）是蛋白质翻译过程中至关重要的第一步，其比例直接决定了各种细胞功能的稳态。在长寿与衰老机制的研究中，深入探索这一基础而关键的过程对未来干预靶点的开发具有巨大的科学价值。
近日，一篇发表在国际知名期刊《Redox Biology》（IF=11.9）上的重量级研究《Mitochondrial translational defect extends lifespan in C. elegans by activating UPRmt》，为我们揭示了长寿背后的新机制。这项研究再次将目光聚焦于生命科学的核心过程，并深刻揭示了tRNA氨酰化在调控细胞稳态与延长寿命中的决定性作用。
背景介绍：tRNA氨酰化的不可替代性
氨酰tRNA合成酶（aaRSs）是催化氨基酸与对应tRNA结合的“翻译管家”，其驱动的tRNA氨酰化反应直接控制着mRNA翻译的速度与保真度。线粒体作为细胞的“动力工厂”，其功能高度依赖于线粒体特异性蛋白的正常翻译，而线粒体aaRSs正是生成线粒体氨酰化tRNA池、驱动线粒体翻译的核心引擎。该研究首次全面解析了秀丽隐杆线虫体内ThrRS（苏氨酰tRNA合成酶）的独特编码机制，并证明了线粒体tRNA氨酰化受阻会引发线粒体未折叠蛋白反应（UPRmt），进而显著延长机体寿命。
实验思路图
实验结果展示
锁定关键基因：单一基因驱动双重tRNA氨酰化
研究发现，线虫体内仅存在单一的tars-1基因，该基因巧妙地通过mRNA翻译重新起始机制，同时生成分别定位于细胞质和线粒体的两种ThrRSs氨酰化转移酶蛋白。实验证实，特异性敲低线粒体内的tars-1基因后，线粒体tRNA的稳态总量并未改变，但其相应的mt-tRNA-Thr氨酰化水平却出现了显著的下降。
图2. tars-1基因可产生两种ThrRSs蛋白，敲低后显著降低mt-tRNA-Thr氨酰化水平
tRNA氨酰化异常引发代谢失调
RNA-seq和蛋白组学证明，tRNA氨酰化受阻直接切断了翻译的“原料供应”，导致线粒体mRNA翻译速率下降，并显著降低了呼吸链复合体I的活性以及细胞的整体耗氧率（OCR）。这种由tRNA氨酰化不足引发的翻译缺陷，同时诱发了还原性应激，导致线粒体内的H2O2和超氧阴离子水平显著下降，打破了细胞原有的氧化还原平衡。
图3. tRNA氨酰化水平下调导致下游mRNA翻译抑制和代谢失调
tRNA氨酰化受阻引发全身性表型改变与寿命延长
线粒体tRNA氨酰化水平的降低带来了深远的生理影响，导致线虫出现发育迟缓、产卵量减少和运动能力减弱等系统性表型。最令人瞩目的是，tRNA氨酰化缺陷使线虫的最大寿命延长了66.7%（从24天延长至40天），中位生存期显著延长了73%。
图4. 敲低tars-1导致线虫发育表型异常、整体寿命延长
揭示长寿新机制：tRNA氨酰化缺陷激活UPRmt
机制研究证实，tRNA氨酰化不足引发的翻译停滞，强烈激活了线粒体未折叠蛋白反应（UPRmt）。通过靶向敲低线虫体内的其他8种线粒体aaRSs、以及人类细胞中的5种线粒体aaRSs，均成功激活了UPRmt，这证明了“tRNA氨酰化异常触发UPRmt”是一条从线虫到哺乳动物高度保守的生物学通路。
图5. tRNA氨酰化水平下调对线粒体未折叠蛋白反应的激活在多个途径得到验证
总结
本研究巧妙地将aaRSs蛋白的表达调控与tRNA氨酰化这一核心翻译机制的受损结合起来，描绘了一条清晰的代谢与寿命调控路径。不仅证明了维持tRNA的正常氨酰化水平对线粒体氧化磷酸化功能及氧化还原稳态的保护作用，更确立了tRNA氨酰化在衰老及应激调控进程中的关键角色，为长寿干预及线粒体相关疾病提供了全新的理论依据和潜在治疗靶点。
研究信息：本研究由中国科学院生物物理研究所陈畅团队与分子细胞科学卓越创新中心周小龙团队等合作完成，发表于《Redox Biology》，DOI: 10.1016/j.redox.2023.102722。
数谱生物多年深耕tRNA及其相关的翻译调控研究领域，针对“tRNA氨酰化-翻译异常-下游通路-疾病发展”这一前沿研究网络，我们提供多种系统化技术服务：
氨酰化mim-tRNA-seq高分辨率全面定量tRNA的氨酰化水平，直接捕捉各种疾病中的tRNA氨酰化异常；
Ribo-seq技术服务提供密码子分辨率的核糖体停滞分析，精准定位因tRNA氨酰化异常导致下游翻译异常的蛋白；
蛋白组学技术服务筛选tRNA氨酰化下调和mRNA翻译抑制导致表达异常的蛋白质指标，通过多组学结果互相联动结合，助力挖掘疾病研究高分新机制！
康成生物丨数谱生物可提供的相关技术服务
氨酰化mim-tRNA-seq
Ribo-seq
RNA-seq
