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小鼠模型助力揭示人線粒體tRNAt6A修飾對(duì)線粒體基因表達(dá)調(diào)控的作用

瀏覽次數(shù):1082 發(fā)布日期:2024-5-14  來(lái)源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)

tRNA在所有核酸分子中含有最多的轉(zhuǎn)錄后修飾,這些化學(xué)修飾對(duì)于穩(wěn)定其結(jié)構(gòu)和功能十分重要。其中N6-蘇氨酰基甲腺苷酸(t6A)修飾高度保守,發(fā)生在幾乎所有生物體和細(xì)胞器解碼ANN(N=A, T, G, C)密碼子的tRNA的37位腺嘌呤上。人線粒體tRNA上的t6A修飾由OSGEPL1和YRDC共同負(fù)責(zé)合成,但這一修飾在哺乳動(dòng)物線粒體mRAN翻譯過(guò)程中發(fā)揮的作用尚不完全清楚。

2024年1月,中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心周小龍/王恩多團(tuán)隊(duì)Nucleic Acids Research發(fā)表了題為“Multifaceted roles of t6A biogenesis in efficiency and fidelity of mitochondrial gene expression”的文章。分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心周小龍研究員和王恩多研究員為本文的共同通訊作者。分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士研究生張勇,周敬波為該論文的共同第一作者。

 

人線粒體tRNA t6A修飾對(duì)線粒體基因表達(dá)調(diào)控的多重作用
圖片來(lái)源:《Nucleic Acids Research》
https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkae013/7560177


研究材料與方法
在這項(xiàng)研究中,研究人員構(gòu)建了人OSGEPL1敲除細(xì)胞系以及Osgepl1全身敲除小鼠模型(由賽業(yè)生物提供)。此外,研究人員還運(yùn)用了慢病毒在KO細(xì)胞中穩(wěn)定表達(dá)了野生型及突變體OSGEPL1。該研究中作者采用了高效液相色譜-質(zhì)譜檢測(cè)技術(shù)(LC-MS/MS),BN-PAGE,Northern blot,心臟超聲等實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

技術(shù)路線
01 構(gòu)建OSGEPL1敲除細(xì)胞
02 發(fā)現(xiàn)t6A的缺失會(huì)導(dǎo)致其他修飾水平發(fā)生變化
03 t6A的缺失導(dǎo)致線粒體tRNA氨基酰化及翻譯準(zhǔn)確性受到影響
04 穩(wěn)定表達(dá)OSGEPL1可以回補(bǔ)上述缺陷
05 通過(guò)構(gòu)建Osgepl1全身敲除的小鼠研究其對(duì)心臟功能產(chǎn)生的影響

研究結(jié)果
1 t6A37低修飾導(dǎo)致hmtRNAThr和hmtRNALys中m1A9和m2G10水平增加
本研究中,研究人員通過(guò)CRISPR-Cas9技術(shù)在HEK293T細(xì)胞上構(gòu)建了敲除OSGEPL1的KO細(xì)胞系,首次發(fā)現(xiàn)t6A修飾的缺失會(huì)協(xié)同調(diào)控mt-tRNAThr和mt-tRNALys上第9位1-甲基腺嘌呤(m1A)和第10位2-甲基鳥(niǎo)嘌呤(m2G)的上調(diào)。這可能是由于TRMT10C啟動(dòng)子活性增強(qiáng)使其mRNA水平升高并最終導(dǎo)致TRMT10C蛋白質(zhì)水平的升高,進(jìn)而使m1A9修飾水平上調(diào)。同時(shí),t6A修飾的缺失也會(huì)導(dǎo)致這兩種tRNA的氨基酰化水平下調(diào)。
 

人線粒體tRNA t6A修飾對(duì)線粒體基因表達(dá)調(diào)控的多重作用
t6A37低修飾導(dǎo)致hmtRNAThr和hmtRNALys中m1A9和m2G10水平增加[1]


2 t6A37低修飾導(dǎo)致線粒體mRNA翻譯過(guò)程中出現(xiàn)多種氨基酸錯(cuò)誤摻入
通過(guò)分離線粒體氧化磷酸化超復(fù)合物并進(jìn)行質(zhì)譜分析,研究人員發(fā)現(xiàn)t6A修飾的缺失會(huì)使臨近37位的36位反密碼子“A”錯(cuò)誤識(shí)別其他堿基并導(dǎo)致多種線粒體遺傳密碼解碼錯(cuò)誤。線粒體翻譯效率及精確性的下降導(dǎo)致線粒體氧化磷酸化復(fù)合物表達(dá)及活力的減弱并進(jìn)一步導(dǎo)致線粒體結(jié)構(gòu)及功能的異常和線粒體UPR的激活。
 

人線粒體tRNA t6A修飾對(duì)線粒體基因表達(dá)調(diào)控的多重作用
t6A37低修飾導(dǎo)致線粒體mRNA翻譯過(guò)程中出現(xiàn)多種氨基酸錯(cuò)誤摻入[1]


3 Osgepl1基因敲除小鼠線粒體基因組編碼蛋白質(zhì)翻譯受損但是未對(duì)心臟產(chǎn)生顯著影響
通過(guò)構(gòu)建Osgepl1全身敲除的小鼠(由賽業(yè)生物提供),研究人員重點(diǎn)研究了該模型小鼠的心臟功能。發(fā)現(xiàn)Osgepl1-KO小鼠心臟線粒體編碼的Mt-Cox2和Mt-Cox3的表達(dá)量顯著下降,然而即使在20月齡模型小鼠的心臟功能檢測(cè)中,這兩種線粒體編碼氧化磷酸化復(fù)合物IV蛋白質(zhì)表達(dá)量的下調(diào)并未顯著影響小鼠的心臟線粒體氧化磷酸化復(fù)合物的組裝,心臟超聲顯示其射血分?jǐn)?shù)、短軸收縮率以及每搏心輸出量未發(fā)生顯著變化,同時(shí)其壽命也未受到顯著影響。
 

人線粒體tRNA t6A修飾對(duì)線粒體基因表達(dá)調(diào)控的多重作用
Osgepl1基因敲除小鼠線粒體基因組編碼蛋白質(zhì)翻譯受損但是未對(duì)心臟產(chǎn)生顯著影響[1]


研究結(jié)論
該研究首次發(fā)現(xiàn)了線粒體tRNA 37位t6A修飾缺失會(huì)導(dǎo)致mt-tRNAThr和mt-tRNALys上m1A9,m2G10修飾的異常升高及氨基酰化下降;同時(shí)發(fā)現(xiàn)該修飾的缺失導(dǎo)致其五種底物tRNA會(huì)錯(cuò)誤地與mRNA配對(duì)使翻譯精確性下降。這些功能紊亂共同導(dǎo)致線粒體功能和結(jié)構(gòu)的異常。但在動(dòng)物層面上t6A修飾缺失未對(duì)小鼠心臟功能及壽命產(chǎn)生顯著影響。以上結(jié)果加深了人們對(duì)線粒體tRNA修飾的生物學(xué)功能的認(rèn)識(shí)。

參考文獻(xiàn):
[1]Yong Zhang, Jing-Bo Zhou, Yue Yin, En-Duo Wang, Xiao-Long Zhou, Multifaceted roles of t6A biogenesis in efficiency and fidelity of mitochondrial gene expression, Nucleic Acids Research, 2024;, gkae013, https://doi.org/10.1093/nar/gkae013


Osgepl1 KO小鼠

人線粒體tRNA t6A修飾對(duì)線粒體基因表達(dá)調(diào)控的多重作用
小鼠福利,限定發(fā)放中~

品系名稱:
C57BL/6NCya-Osgepl1em1/Cya

產(chǎn)品編號(hào):
S-KO-13824
應(yīng)用方向:
眼科,代謝,遺傳,肝臟,腎臟,罕見(jiàn)病
 

Osgepl1 flox小鼠

人線粒體tRNA t6A修飾對(duì)線粒體基因表達(dá)調(diào)控的多重作用
小鼠福利,限定發(fā)放中~

品系名稱:
C57BL/6JCya-Osgepl1em1flox/Cya

產(chǎn)品編號(hào):
S-CKO-15344
應(yīng)用方向:
眼科,代謝,遺傳,肝臟,腎臟,罕見(jiàn)病

發(fā)布者:賽業(yè)(蘇州)生物科技有限公司
聯(lián)系電話:400-680-8038
E-mail:info@cyagen.com

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