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本文由Shintaro Aibara、Vivek Singh、Angelika Modelska和Alexey Amunts等人共同完成，分别来自瑞典斯德哥尔摩大学的Science for Life Laboratory、瑞典卡罗林斯卡学院的医学生物化学与生物物理学系、意大利特伦托大学生物学整合中心的翻译基因组学实验室。研究成果于2020年8月19日发表在《eLife》期刊上，文章标题为“Structural Basis of Mitochondrial Translation”（线粒体翻译的结构基础），论文编号为e58362。

该研究旨在揭示人类线粒体翻译的分子机制，特别是线粒体核糖体（mitoribosome）如何结合线粒体信使RNA（mt-mRNA）及转移RNA（mt-tRNA）的转运过程。线粒体翻译在细胞能量代谢中起关键作用，负责合成氧化磷酸化系统中所需的蛋白质，从而维持细胞的能量平衡。然而，线粒体核糖体结构的特殊性及其与翻译因子的动态相互作用尚未完全阐明。研究团队通过高分辨率的冷冻电镜技术，解析了人类线粒体核糖体及其功能复合物的结构，揭示了线粒体特异性蛋白在mt-mRNA结合和mt-tRNA转运中的关键作用。

研究的主要流程包括以下几个步骤：首先，研究人员从HEK293S细胞中分离线粒体，并通过抗生素（如奎奴普丁和达福普汀）使线粒体核糖体停滞在翻译的不同阶段。随后，利用冷冻电镜技术对这些核糖体进行成像，生成了约3.0 Å分辨率的整体结构图，并构建了包含L7/L12茎在内的线粒体核糖体模型。研究团队通过对冷冻电镜数据的3D分类，得到了8种不同翻译状态下的线粒体核糖体结构，这些结构分别与mt-mRNA、mt-tRNA、回收因子及其他翻译因子结合。此外，研究还采用了质谱分析技术，鉴定了与翻译线粒体核糖体结合的非核糖体蛋白，如LRPPRC-SLIRP复合物。

研究的主要结果包括以下几个方面：首先，研究揭示了线粒体特异性蛋白（如MS39）在mt-mRNA结合中的作用，发现LRPPRC-SLIRP模块通过MS39平台将mt-mRNA传递至线粒体核糖体的小亚基。其次，研究阐明了线粒体大亚基蛋白（如ML40、ML48和ML64）在mt-tRNA转运中的协调作用，这些蛋白通过与tRNA的特定区域相互作用，确保tRNA在翻译过程中的单向移动。此外，研究还发现了tRNA在翻译过程中的动态构象变化，包括从A位点到P位点再到E位点的逐步转运机制。

这些结果不仅揭示了线粒体翻译的分子机制，还为进一步研究线粒体相关疾病的病理机制提供了重要的结构基础。例如，LRPPRC基因突变与Leigh综合征等线粒体疾病相关，而本研究直接证明了LRPPRC-SLIRP复合物在mt-mRNA传递中的关键作用，为理解这些疾病的分子基础提供了新的视角。

本研究的亮点在于其高分辨率的冷冻电镜结构解析技术，成功捕捉了线粒体核糖体在翻译过程中多个状态下的动态构象。此外，研究首次揭示了线粒体特异性蛋白在mt-mRNA结合和mt-tRNA转运中的具体作用机制，填补了线粒体翻译研究领域的空白。研究还开发了一系列创新的实验方法，如信号减除3D分类技术，用于分析翻译过程中tRNA的转运轨迹。

本研究通过高分辨率的结构解析，深入揭示了人类线粒体翻译的分子机制，为理解线粒体功能及其相关疾病提供了重要的科学依据。其在结构生物学和线粒体研究领域的创新性和贡献，使其成为该领域的标志性研究之一。