导读：假尿嘧啶化在多种生理和病理过程中扮演着调节角色。例如，在线粒体肌病、乳酸性酸中毒以及铁粒幼细胞性贫血（MLASA）中，假尿嘧啶合成酶1（PUS1）基因突变引发的假尿嘧啶化缺陷是其显著特征。然而，假尿嘧啶化在正常红细胞生成及MLASA中的具体作用和机制仍不清楚。本研究建立了一个携带PUS1酶结构域点突变（R110W）的小鼠模型，以模拟人类MLASA中常见的基因突变。研究发现，在4周龄的pus1突变小鼠中出现贫血现象，突变的红母细胞也显示出线粒体氧化磷酸化受损的特征。机制方面，突变的红母细胞展现出针对tRNA的假尿嘧啶化缺陷、tRNA谱的改变以及核糖体蛋白基因翻译效率的降低，最终致使红细胞生成无效。本研究直接证明了假尿嘧啶化在体内红细胞生成中的重要作用，以及其在调节tRNA稳态、细胞质翻译和红细胞生成中的关键功能。

文章索引

标题：Pseudouridinesynthase1regulateserythropoiesisviatransferRNAspseudouridylationandcytoplasmictranslation

发表期刊：iScience

发表时间：2024年2月

作者团队：北京协和医学院血液学血液病研究所袁卫平研究员团队

影响因子：46

DOI：10.1016/j.isci.2024.109265

研究结果

（1）假尿嘧啶合成酶1R110W突变小鼠的贫血表型

R110W突变的小鼠在4周龄时便表现出贫血，进一步研究发现小鼠的PUS1蛋白存在两种异构体，其中较短的一种位于细胞核，而较长的一种则具备线粒体靶向信号。R144W突变是人类PUS1-427中最常见的突变，而其在小鼠中的等效突变为R110W。为了探索该突变的发病机制，研究人员构建了R110W小鼠模型。尽管R110W小鼠的骨髓细胞中Pus1的RNA水平高于对照组，但蛋白水平在两组之间大致相同。表型分析显示，R110W小鼠体重略低于对照组，同时其脾脏重量和体积明显减小。红细胞计数分析显示R110W小鼠红细胞和血红蛋白水平显著低于对照组，这表明PUS1的R110W突变直接导致贫血。

（2）假尿嘧啶合成酶1突变对红细胞功能的影响

为了解R110W突变是否会影响红细胞生成，研究者分析了骨髓和脾脏中未成熟红细胞的CD71和Ter119表达频率。结果显示，R110W小鼠的骨髓细胞中嗜碱性红细胞的比例与数量均有所增加。进一步的研究表明，R110W突变损害的不仅是红细胞的功能和分化，还削弱了造血干细胞在移植压力下的自我更新能力和多系分化潜力。

（3）R110W突变破坏骨髓红母细胞的线粒体氧化磷酸化功能

通过测量线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）水平，研究者发现R110W小鼠的红母细胞氧耗率显著低于对照组，特别是基础和最大氧消费率均有明显下降。此外，变异小鼠血液中活性氧（ROS）水平也明显升高。通过线粒体功能分析，发现PUS1的R110W突变特异性影响某些线粒体OXPHOS复合物的功能，导致氧耗量和ROS水平的异常。

（4）假尿嘧啶合成酶1突变影响tRNA图谱

采用tRNA PCR阵列分析，显示R110W小鼠骨髓红母细胞中的mt-tRNAIle水平降低，而mt-tRNATyr显著升高。在胞质tRNA方面，R110W小鼠中的大量胞质tRNA发生显著变化，其中大部分在突变小鼠中显著上调。这些变化表明PUS1对tRNA的假尿嘧啶化修饰存在特异性影响。

（5）R110W小鼠红母细胞中核糖体蛋白基因翻译效率降低

由于R110W小鼠的胞质tRNA发生显著变化，因此推测其整体蛋白翻译效率受到影响。Polysome profile分析显示R110W小鼠的核糖体形成存在轻微的缺陷。RNA-seq和Ribo-seq分析表明，尽管RNA水平的核糖体蛋白基因表现出一定上调和下调，但在翻译效率方面都出现了显著降低，特别是与红细胞生成直接相关的血红蛋白的翻译也大幅下降。

（6）线粒体功能和细胞质翻译的相互影响

R110W突变小鼠的红细胞分化过程中，线粒体OXPHOS以及细胞质翻译均存在异常。通过进一步实验，发现细胞质翻译在红细胞生成中的作用显著，而线粒体翻译的影响相对较小。研究表明，氧化磷酸化和细胞质翻译的紊乱可能共同促进线粒体肌病、乳酸酸中毒及铁母细胞性贫血的发病机制。

研究结论

总之，PUS1 R110W突变小鼠表现出贫血和OXPHOS缺陷，并重现了MLASA患者血液学特征。假尿嘧啶缺陷改变了PUS1靶向的mt-tRNATyr和mt-tRNAIle的表达，导致RPs翻译效率降低和珠蛋白合成减少，从而导致无效红细胞生成。本研究强调了PUS1介导的假尿嘧啶化在红细胞生成中维持线粒体功能的重要性，并表明调节线粒体稳态及蛋白质翻译可能成为治疗先天性贫血和线粒体相关疾病的新战略。尊龙凯时将持续关注这一领域的进展，为相关治疗的研发提供支持。