2026年7月27日，浙江大学国际健康医学研究院遗传医学中心管敏鑫教授课题组在中国科学院与国家自然科学基金委员会联合主办的生命科学权威学术期刊《中国科学：生命科学》（SCIENCE CHINA Life Sciences）在线发表线粒体tRNA转录后修饰的最新研究成果（原文链接：https://www.sciengine.com/SCLS/doi/10.1007/s11427-026-3469-8），该研究发现PUSL1是一种高度保守的线粒体假尿嘧啶核苷合成酶，该酶催化线粒体tRNAArg, tRNAHis, tRNAVal和tRNAAla 的39位点，tRNAGlu 和tRNAGln的40位点，以及tRNAGly的39和40位点的假尿嘧啶核苷（Pseudouridine, Ψ）修饰形成。PUSL1的缺陷影响线粒体tRNA代谢，线粒体蛋白翻译以及氧化呼吸链复合体的正常生物学功能。
RNA具有重要的生物学功能，转录后修饰对于RNA的正常功能至关重要。迄今为止，已发现超过180种RNA转录后化学修饰（MODOMICS）。多种修饰在RNA代谢中发挥重要作用，包括RNA结构的形成，稳定性和动态平衡，RNA的转录后剪切，RNA的多腺苷酸化，RNA的转运，RNA的定位，RNA的可翻译性，以及RNA与其他生物大分子的相互作用等。人类线粒体基因组共编码13种mRNA，2种rRNA和22种tRNA。与胞质tRNA相似，线粒体tRNA经过广泛的化学修饰后才能行使其正常的生物学功能。目前，22种线粒体tRNA中，已在137个位点发现共计18种化学修饰。
管敏鑫教授课题组长期从事人类线粒体tRNA化学修饰机制，以及tRNA修饰与疾病关系的研究，取得了一系列原创性的研究成果。在人及酵母，斑马鱼，小鼠等多种模式生物中发现并鉴定了τm5s2U相关的修饰酶MTO1，GTPBP3和MTU1（TRMU），并深入研究了这些酶参与线粒体tRNAGlu， tRNAGln 和tRNALys 34位τm5s2U修饰的机制，以及这些基因在耳聋和肥厚性心肌病等疾病中的致病机理。发现线粒体4295A>G 突变和7551A > G 分别在tRNAIle和tRNAAsp的37位点引入新的m1G37 修饰，而这种修饰的改变在耳聋的发生过程中起到重要作用。线粒体4435A>G 突变，在tRNAMet中引入新的m1G37修饰，进而导致了高血压的发生。发现线粒体14692A>G 突变导致的线粒体tRNAGlu Ψ55修饰缺失与耳聋和糖尿病的发生相关。发现线粒体tRNAAsn, tRNAGln, tRNAGlu, tRNAPro, tRNAMet, tRNALeu(UUR)和tRNASer(UCN) 55位点的尿嘧啶核苷（Uridine, U）被修饰为假尿嘧啶核苷，其中tRNAAsn, tRNAGln, tRNAGlu和tRNAPro 55位点的修饰由假尿嘧啶核苷合成酶TRUB1催化完成。TRUB1是一种高度保守的线粒体假尿嘧啶核苷合成酶，其缺陷造成线粒体tRNA的结构和功能紊乱，导致线粒体蛋白翻译异常，影响氧化呼吸链复合体的正常生物学功能。
该研究聚焦人类线粒体tRNA Ψ38–40修饰，位于tRNA反密码子茎环结构的38，39和40位点的Ψ修饰在维持tRNA结构稳定和翻译保真度中发挥关键作用。人类共有13种假尿嘧啶核苷合成酶，其中PUS1，PUS3和PUSL1属于TruA家族；DKC1，TRUB1和TRUB2属于TruB家族；PUS7和PUS7L属于TruD家族；RPUSD1，RPUSD2，RPUSD3和RPUSD4属于RluA家族；PUS10属于Pus10家族。在细菌和酵母中，38，39和40位点的Ψ修饰由进化上高度保守的TruA/Pus3家族假尿苷合酶催化形成。人类中，PUS1，PUS3和PUSL1是TruA的同源基因。其中PUS1催化细胞质tRNA U27和U28，以及线粒体tRNAU27-29的假尿苷化。PUS3负责催化细胞质tRNA Ψ38和Ψ39修饰的形成。PUSL1是一种推测的线粒体假尿苷合酶，含有两个与细菌TruA蛋白同源的保守催化结构域。有研究证明，该酶通过与线粒体核糖体的结合参与线粒体蛋白质翻译。
该研究首先使用基于CMCT〔N-环己基-N′-(2-吗啉乙基)碳二亚胺甲基对甲苯磺酸盐〕处理的引物延伸（primer extension）技术，发现线粒体tRNAPro 的38位点，tRNACys，tRNAVal，tRNATyr，tRNAArg和tRNAHis的39位点，tRNAGlu和tRNAAsn的40位点，tRNAAla的38和39位点，tRNAGly和tRNAGln的39和40位点，均存在Ψ修饰。为了确定PUSL1是否催化这些位点Ψ修饰的形成，管敏鑫教授课题组利用CRISPR/CAS9技术，构建了PUSL1基因敲除的HeLa细胞模型。RNA样本经CMCT处理后，使用引物延伸技术进行检测。实验结果显示，PUSL1基因敲除的HeLa细胞模型中，线粒体tRNAArg, tRNAHis, tRNAVal和tRNAAla 的39位点，tRNAGlu 和tRNAGln的40位点，以及tRNAGly的39和40位点的Ψ修饰缺失，而其它tRNA 38-39位点的Ψ修饰未受影响。
PUSL1基因敲除造成的tRNAGly，tRNAArg，tRNAHis，tRNAVal，tRNAAla，tRNAGlu和tRNAGln的Ψ修饰缺失，影响这些tRNA的构象及稳定性，导致其在非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳中的迁移速率发生变化，并影响这些tRNA对S1核酸酶酶切消化的敏感性。PUSL1基因的敲除还造成这些tRNA的稳态水平升高及氨酰化水平的改变。
以上tRNA代谢水平的变化最终导致线粒体蛋白（线粒体DNA编码和核基因编码）水平异常，并影响线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）复合体的正常组装和活性。而上述线粒体功能及tRNA的异常，均能通过在PUSL1基因敲除HeLa细胞模型中过表达PUSL1的回补实验中纠正。
该研究证明了PUSL1作为高度保守的线粒体假尿嘧啶核苷合成酶，负责线粒体tRNAArg, tRNAHis, tRNAVal和tRNAAla的39位点，tRNAGlu和tRNAGln的40位点，以及tRNAGly的39和40位点的Ψ修饰，并对线粒体tRNA代谢，线粒体蛋白翻译，及氧化呼吸链的正常功能发挥重要作用。PUSL1在细胞，组织，器官中的其他功能，以及在疾病发生中所发挥的作用有待后续进一步研究工作的揭示。
该研究受到国家自然科学基金和浙江省自然科学基金的支持。浙江大学国际健康医学研究院博士研究生陈晖和浙江大学国际健康医学研究院特聘研究员贾子冬为本文共同第一作者，浙江大学国际健康医学研究院/浙江大学遗传学研究所管敏鑫教授为本文通讯作者。
