线粒体16S rRNA甲基转移酶以及相关蛋白质调控线粒体核糖体组装的分子机制的结构与功能研究
批准号:
32100958
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
吕梦琪
依托单位:
学科分类:
结构生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
吕梦琪
中文摘要
线粒体作为细胞生命活动的能量来源,与人类健康,衰老,疾病息息相关。2'-O-核糖甲基化修饰是哺乳动物线粒体16S rRNA上常见的修饰。RNA甲基转移酶MRM1,MRM2以及RNMTL1分别负责16S rRNA上G1145,U1369和G1370的甲基化,稳定16S rRNA,促进线粒体大亚基的装配,完成肽基转移酶反应和tRNA识别。这些特异性的识别及催化对于线粒体核糖体的装配起到了至关重要的作用,然而其中的分子机制和结构基础还是未知的。.本项目拟以甲基转移酶MRM1,MRM2以及RNMTL1为研究对象,利用结构生物学、生物化学和细胞生物学方法,解析其与16S rRNA复合物晶体结构,阐明其识别修饰16S rRNA的功能,揭示其对于线粒体核糖体组装影响的分子机制,为线粒体相关疾病的治疗提供理论支持。
英文摘要
As essential molecular machinery for the maintenance of cellular energy, mitochondria are closely related to human health, aging and diseases. 2'-O-ribose methylation is the most common modification found on mammalian mitochondrial 16S rRNA. RNA methyltransferases MRM1, MRM2, and RNMTL1 are responsible for the 2'-O-ribose methylation of G1145, U1369 and G1370 on 16S rRNA, respectively. These 2'-O-ribose methylations play vital roles in maintaining the 16S rRNA stability and promoting the assembly of the large mitochondrial subunits, which are responsible for the peptidyl transferase reaction and tRNA recognition. The specific recognition and catalysis of the above methylations are indispensable for the assembly of mitochondrial ribosomes. However, the molecular mechanism and structural basis between these RNA methyltransferases and 16S rRNA still remain unknown..In this project, we intend to focus on the methyltransferase MRM1, MRM2 and RNMTL1, analyze the crystal structures of their complexes with 16s rRNA by means of structural biology, biochemistry and cell biology, clarify their functions of recognizing and modifying 16s rRNA, and reveal the molecular mechanisms of mitochondrial ribosome assembly, so as to provide theoretical support for the treatment of mitochondrial related diseases.
线粒体通过氧化磷酸化过程(OXPHOS)产生ATP,为细胞生命活动提供能量来源。线粒体功能异常会导致OXPHOS活性缺失、细胞代谢紊乱以及ROS提高,氧化应激,细胞死亡等,最终导致严重的线粒体疾病,例如癌症、神经退行性疾病和衰老等。研究表明,线粒体功能异常导致的疾病与线粒体大小亚基核糖体RNA(16S rRNA和12S rRNA)修饰机制的缺陷有着密不可分的关系。.本项目中,选择线粒体中对线粒体rRNA修饰起关键作用的酶(METTL15、DDX28、MRM1、MRM2和RNMTL1)为研究对象。综合利用结构生物学、生物化学和细胞生物学方法,研究这些关键酶分别与RNA底物识别和催化的分子机制,探究线粒体RNA转录后修饰对于线粒体生物学功能产生的影响。.METTL15参与人的12S rRNA helix44上的m4C839修饰,在微调p位点和提高解码保真度方面发挥作用。本研究中,解析了METTL15结合不同底物的四种晶体结构。阐明了METTL15与不同底物的特异性相互作用,揭示了hsRBFA是将METTL15招募到线粒体核糖体SSU的关键因素。此外,细胞内敲低METTL15会导致ROS增加,膜电位降低和细胞代谢状态改变,并导致细胞内乳酸分泌水平上调。METTL15可能是研究线粒体代谢与组蛋白转录后乳酸化调控的合适模型(Cell Discovery,2024)。.人源DEAD-RNA解旋酶DDX28,与16S rRNA相互作用,协助进行必要的构象变化,在线粒体大亚基组装的早期阶段发挥重要作用。本研究中,解析了DDX28 ATP酶活结构域与AMP的复合物晶体,阐明了DDX28的底物特异性机制。此外,细胞中敲低DDX28也会造成线粒体核糖体翻译受损,线粒体功能的异常以及细胞代谢的紊乱。
国内基金
海外基金