浙江大学管敏鑫组揭示线粒体RNA转录后成熟缺陷导致心肌病的分子致病机制

     肥厚型心肌病（HCM）是一种以心肌不对称性肥厚为特征的心肌疾病，在普通人群中患病率约为0.2%，主要表现为左心室壁增厚，心脏功能收缩障碍。HCM临床表现复杂多样，包括无症状、呼吸困难和危及生命的心力衰竭及猝死等，也是导致年轻人猝死的首要原因。线粒体是细胞核心的代谢性细胞器，具有自主的复制转录翻译体系，其通过电子传递呼吸链为生命过程提供能量。近年来基因筛查研究显示，线粒体tRNA修饰基因MTO1突变与肥厚型心肌病相关，但是具体的致病机理还未明确。MTO1（mitochondrial tRNA translation optimization 1）蛋白是一种高度保守的线粒体tRNA转录后修饰酶，最早由管敏鑫团队在2002年发现（J Biol Chem. 2002），该蛋白主要负责对五种mt-tRNA反密码子环34位点尿嘧啶进行牛磺酸5-甲基（τm5U）修饰。随着进一步的研究，我们发现MTO1除具有线粒体tRNA修饰外还通过调控MTPAP的表达影响线粒体mRNA的polyA合成，参与线粒体功能的调控。

     在本研究中，团队成员首先利用CRISPR/Cas9技术构建了mto1基因稳定敲除的斑马鱼模型，发现该基因敲除的斑马鱼胚胎心脏发育迟缓，成年突变斑马鱼心肌细胞体积变大和心肌纤维紊乱等表型，这与人MTO1基因突变导致的心肌病表型一致。

     对斑马鱼模型进一步研究发现，Mto1的缺失引起了线粒体tRNA的构象发生变化，tRNA氨酰化水平下降。随后通过RNA转录组学和免疫共沉淀技术，团队成员发现，Mto1与线粒体poly(A)聚合酶MTPAP有相互作用，Mto1缺失会影响MTPAP的表达，并会导致线粒体cox1，cox3和nd1 mRNA的3‘端末尾聚腺苷酸长度的改变。tRNA和mRNA成熟的缺陷进一步损伤线粒体翻译和呼吸电子传递链复合物的酶活，进而导致肥厚型心肌病。该发现为临床心肌病的机制研究与精准诊疗提供了新视角和新思路。

     该研究工作获得国家重点基础研究发展计划（973计划）以及国家自然科学基金等的支持。浙江大学医学院博士后张青海和博士生何晓为本文的共同第一作者，浙江大学遗传学研究所管敏鑫教授为本文通讯作者。