分享一篇最近发表在 PNAS上的文章，本文的题目是“Ribonuclease RNase Z is an evolutionarily conserved deAMPylase”。本文的核心是作者们发现，一种已知的参与tRNA成熟的核糖核酸酶RNase Z，实际上还是一个此前未知的、进化上保守的“去AMP化酶”，能够特异性去除由硒蛋白O催化的蛋白质AMP化修饰。本文的通讯作者是来自德克萨斯大学西南医学中心的 Anju Sreelatha。

蛋白质AMP化是一种重要的蛋白质翻译后修饰，指将腺苷一磷酸共价连接到靶蛋白上，从而调控其功能。硒蛋白O是一个从细菌到人类都保守的AMP化酶，它通过修饰代谢和氧化应激中的关键酶，在细胞应激反应和癌症进展中扮演重要角色。然而，负责去除这种修饰、即执行“去AMP化”的“橡皮擦”酶却一直未被发现，这阻碍了我们对这种可逆修饰调控机制的完整理解。

为了寻找去AMP化酶，研究者通过生物信息学筛选，将目标锁定在RNase Z——一个已知负责切割tRNA前体3‘端尾部以使其成熟的金属水解酶。他们首先在大肠杆菌中进行了验证，发现共表达RNase Z能显著降低由SelO催化的底物蛋白sucA的AMP化水平。随后的体外生化实验证实，重组的RNase Z能够以时间和浓度依赖的方式，高效地催化AMP化蛋白的去修饰反应，其活性依赖于其保守的金属结合活性中心 motif。更重要的是，来自大肠杆菌、酵母和人类的RNase Z均表现出这种活性，表明去AMP化功能在进化上是保守的。

研究者进一步验证了RNase Z的双重酶活性。他们证实RNase Z确实能切割其经典底物pre-tRNAPheV，但其去AMP化活性在体外显示出更高的催化效率。这种双重活性是RNase Z特有的，因为测试的其他核糖核酸酶（如RNase E和RNase T）不具备去AMP化能力，而已知的其他去AMP化酶也不具备tRNA切割活性。此外，RNase Z的去AMP化作用表现出对SelO底物的特异性，它能去除多种SelO底物（如sodA, acnA, grxA）的AMP修饰，但对非SelO催化的AMP化蛋白（如BiP-AMP, Rab1-AMP）无效。

为了探究RNase Z的生理功能，研究者构建了RNase Z基因敲除的大肠杆菌菌株。他们发现，与野生型相比，敲除菌株细胞内AMP化蛋白的水平显著升高，而回补有功能的RNase Z则可以逆转这一现象。这证明RNase Z是细胞内SelO介导的AMP化所必需的去AMP化酶。由于SelO已知参与氧化应激响应，他们进一步发现，RNase Z的缺失会影响蛋白质S-谷胱甘化水平，这表明RNase Z通过调控SelO底物的可逆AMP化，参与了细菌的氧化应激响应通路。

总之，这项工作首次将RNase Z鉴定为一个进化上保守的去AMP化酶，揭示了其超越tRNA处理的“兼职”功能。这一发现不仅扩展了我们对RNase Z生物学意义的认识，也强调了可逆AMP化是一种与磷酸化类似的基础生物调控机制，为理解其在细胞应激和疾病中的作用开辟了新途径。

本文作者：Zihua Liu

责任编辑：LYC

DOI：10.1073/pnas.2515155122

原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2515155122