贺妮莎副教授揭示U8-tRNA硫醇化酶新型催化机理

近日，湖北大学生命科学学院、省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室贺妮莎副教授与法国科学院院士Marc Fontecave团队合作，在国际权威期刊Nucleic Acids Research（影响因子IF=19.160）发表题为“A subclass of archaeal U8-tRNA sulfurase requires a [4Fe-4S] cluster for catalysis”（《一类古生菌来源的U8-tRNA硫醇化酶需要[4Fe-4S]簇参与催化反应》）的研究论文，鉴定了一类新型U8-tRNA硫醇化酶（TtuI）并揭示其催化机理。贺妮莎副教授为论文第一作者。

tRNA硫醇化修饰广泛存在于植物、动物以及微生物体内，对于tRNA的稳定、三级结构的维持以及密码子解码速度与保真性等有重要作用。在细菌和古生菌体内，tRNA第8位尿苷（U8）特异性地修饰成4-巯基尿苷（S4U），参与机体对紫外线应激反应。本研究以古生菌Methanococcus maripaludis 和Pyrococcus furiosus来源的tRNA硫醇化酶（MmTtuI和PfTtuI）为研究对象，在严格无氧的条件下通过谱学表征以及酶活测试鉴定了这是一类需要[4Fe-4S]簇参与反应的酶（图1），而并非此前报道的[3Fe-4S]簇依赖的酶（Yuchen Liu et al, PNAS, 2016）。 含有[4Fe-4S]簇的蛋白对氧气极为敏感，但催化反应的类型丰富多样，其催化反应机理研究一直是酶学领域的热点与难点。

尽管有不少tRNA硫修饰酶被报道，但是硫原子的来源以及传递过程一直存在争议（Squire J.Booker et al, Nature, 2021）。为了探索U8-tRNA硫醇化过程，本研究采用AlphaFold2和RoseTTAfold对MmTtuI结构进行模拟, 结构显示Cys265、Cys268和Cys348位于活性口袋附近，三个Cys分别与[4Fe-4S]簇中的3个Fe结合。在MmTtuI催化反应过程中，[4Fe-4S]簇中第4个Fe与外源的硫供体结合生成巯基，形成[4Fe-5S]簇的过渡态，伴随着ATP激活U8腺苷酸化，[4Fe-4S]簇的巯基进攻U8第4位的C发生亲核取代，最终释放AMP和硫醇化的尿苷完成催化反应（图2）。

本研究工作鉴定了一类全新的U8-tRNA硫醇化酶，并提出了其依赖[4Fe-4S]簇的催化机理，丰富了tRNA翻译后硫修饰酶的研究。

据悉，贺妮莎副教授一直从事铁硫簇蛋白领域的研究，在Nucleic Acid Research、Chemical Science、PNAS等期刊发表多篇研究论文。相关研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金青年项目、湖北省教育厅青年项目的资助。

文章链接：https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkac1156/6931864?utm_source=advanceaccess&utm_campaign=nar&utm_medium=email