Все живые организмы кодируют аминокислотные последовательности белков в виде нуклеотидных последовательностей (генетической информации) в своей геномной ДНК. Генетическая информация транскрибируется и впоследствии транслируется в функциональные белки.
тРНК (транспортная РНК) действует как адапторная молекула, которая декодирует кодоны на матричной РНК (мРНК) и доставляет соответствующую аминокислоту в рибосому — аппарат синтеза белка.
После транскрипции тРНК подвергаются обширным химическим модификациям, которые играют решающую роль в настройке их структурной стабильности и функциональных возможностей.
Считается, что археи, относящиеся к трём доменам жизни, процветали в суровых условиях ранней Земли, таких как высокая температура, высокая солёность и низкое содержание кислорода. Чтобы выжить в этих экстремальных условиях, модификации тРНК архей, как полагают, были уникально диверсифицированы в ходе эволюции.
В 2019 году исследовательская группа сообщила о нуклеотидной последовательности тРНК$^ {Trp}$, выделенной из Thermococcus kodakarensis, гипертермофильной археи. Было обнаружено, что эта тРНК содержит модификацию 2′-О-метилцитидина (Cm) в положении 6. Однако метилтрансфераза, ответственная за эту специфическую модификацию, оставалась неизвестной.
В новом исследовании учёные использовали сравнительную геномику для изучения генома T. kodakarensis и близкородственных видов архей, что привело к идентификации генов-кандидатов. Среди них команда сосредоточилась на гене TK1257. Исследование было опубликовано в Nucleic Acids Research.
С помощью биохимического анализа с использованием очищенного рекомбинантного белка и высокочувствительной масс-спектрометрии РНК исследователи продемонстрировали, что продукт гена TK1257 катализирует образование модификации Cm6, идентифицируя его как ранее не охарактеризованную тРНК-метилтрансферазу.
Дальнейший анализ последовательностей и структурное моделирование показали, что фермент содержит как домен THUMP, который распознаёт и связывает 3′-конец тРНК, так и каталитический домен SPOUT с характерной структурой тройного узла.
Эта архитектура домена — сочетание доменов THUMP и SPOUT — ранее не была зарегистрирована у тРНК-метилтрансфераз. Соответственно, исследователи назвали этот фермент TrmTS (продукт гена метилирования тРНК с доменами THUMP и SPOUT).
TrmTS проявляет субстратную специфичность к аденозину, цитидину и уридину, катализируя 2′-О-метилирование рибозного остатка этих нуклеозидов. Примечательно, что он не модифицирует гуанозин, что делает его субстратную специфичность весьма уникальной среди известных тРНК-метилтрансфераз.
Более того, мутант T. kodakarensis, лишённый гена trmTS, демонстрировал нарушение роста в условиях экстремальной жары (93 °C), что позволяет предположить, что модификация Cm6 способствует термической стабильности тРНК и играет роль в адаптации к высокотемпературным средам.
Это исследование представляет собой новую парадигму в биологии модификаций тРНК, идентифицируя тРНК-метилтрансферазу, которая не соответствует существующим схемам классификации.
Открытие TrmTS с доменами THUMP и SPOUT проливает новый свет на разнообразие и эволюцию модификаций тРНК и даёт важное представление о молекулярных стратегиях, которые археи используют для процветания в экстремальных условиях.
Предоставлено университетом Эхиме.