线粒体是为细胞产生能量的重要细胞器。近年来，线粒体活性转移RNA的硫改性据报道与8410_8772|密切相关，预计有一条控制线粒体功能的新途径。在包括人类在内的真核生物的细胞质中进行硫修饰的酶已经被鉴定出来，但详细的反应机制长期以来仍然未知。这项研究重点关注细菌硫修饰酶 TtuA，通过光谱学、生物化学和完全缺氧条件下的 X 射线晶体结构分析，我们确定 TtuA 使用称为“铁硫簇”的不稳定因子发挥功能，这些不稳定因子在暴露于氧气时会分解。此外，根据复杂结构分析的结果，我们提出TtuA使用了一种以前未知的硫修饰机制，其中铁硫簇被用作蛋白质的一部分来转移硫。该研究结果有望为阐明线粒体能量产生的控制机制提供重要线索。
这项研究得到了科学研究补助金、JST PRESTO 和武田科学基金会的支持。
研究论文标题：铁硫蛋白 TtuA 催化的氧敏感性 2-硫尿苷合成的生化和结构表征
作者：陈明浩1，浅井新一2，舜那井1，南部修介3，大村直树1，坂口百合子4，铃木勉4，齐藤正夫3，渡边公纲5,姚敏1,6，静直树5*，田中芳一1,6,7*
隶属关系：1北海道大学生命科学研究生院2生物信息学研究中心/生物产业信息学联盟，3东北大学多学科材料科学研究所4东京大学工学研究科5米乐m6官方网站药物发现基础研究部6北海道大学尖端生命科学研究生院7急速，*通讯作者
出版期刊：美国国家科学院院刊
发布日期：日本时间 2017 年 4 月 25 日星期二凌晨 4:00（美国东部时间 2017 年 4 月 24 日星期一下午 3:00）
（背景）
线粒体是在细胞能量代谢中发挥核心作用的细胞器。然而，线粒体并不是独立发挥作用的。它们吸收细胞质中产生的生物分子来发挥其作用。因此，人们认为细胞质中生物分子的产生和修饰极大地影响线粒体的功能和调节。
2-硫尿苷修饰是一种硫修饰，可提高蛋白质生产效率。在真核生物中，2-硫尿苷深入参与线粒体功能，当线粒体中的2-硫尿苷修饰缺陷时，MELAS是啊MERRF人们还知道，当细胞质中的 2-硫尿苷修饰缺陷时，线粒体活性会降低，但这种控制机制的细节仍不清楚。
尽管大约40年前人们就知道细胞质中存在2-硫尿苷修饰，但其生物合成机制的细节尚未阐明。这次，田中教授和首席研究员 Shizuo 领导的联合研究小组对源自嗜热真细菌的 2-硫尿苷合酶 TtuA 进行了结构和功能分析，发现该酶利用一种称为“铁硫簇”的不稳定因子转移硫，该因子在暴露于氧气时会分解。细胞质中的2-硫尿苷生物合成机制至今仍未阐明的原因被认为是因为常规实验是在大气环境中进行的，并且该“铁硫簇”已经崩溃。
（研究方法）
本研究中，根据原本呈黄色的TtuA在纯化过程中变成无色并沉淀的性质以及TtuA的氨基酸序列特征，我们假设铁硫簇在暴露于氧气时会分解，与TtuA结合，并在缺氧条件下制备和分析样品。在缺氧室中纯化大肠杆菌中表达的 TtuA 并进行光谱分析 (EPR 方法)用于确认铁硫簇的存在。我们还使用生化方法研究了铁硫簇与 TtuA 酶活性之间的关系。此外，我们利用X射线晶体学阐明了TtuA与铁硫簇之间的结合形式以及TtuA与供硫蛋白之间的相互作用模式。
（研究结果）
通过在缺氧条件下处理，我们成功制备了大量黄色TtuA，并通过使用EPR方法，我们揭示了在缺氧条件下制备的TtuA中存在[4Fe4S]型铁硫簇。 TtuA 仅在铁硫簇存在的情况下才显示出对 RNA 的硫修饰活性，证明铁硫簇对于 2-硫尿苷的合成至关重要。对TtuA和铁硫簇的复合物的晶体结构分析表明，簇中的四个铁原子之一以裸露状态存在于活性位点，没有与TtuA结合（参考图）。此外，我们成功分析了TtuA和供硫蛋白之间的复合物的结构，并基于揭示的结构，我们提出了TtuA利用铁硫簇直接将硫从供硫蛋白转移到目标分子的反应机制。虽然迄今为止人们已经研究了转移硫的酶的反应机制，但从结构和生化的角度还没有使用铁硫簇合成2-硫尿苷的系统的例子，而这项研究揭示了硫转移到RNA的新机制。
（对未来的期望）
尽管线粒体研究已久，但其与细胞体的共生关系以及细胞体对其功能的控制仍存在许多未知数。因此，硫修饰被认为是研究线粒体与细胞体关系的绝佳方法。这项研究揭示了细胞质中硫修饰的部分生物合成机制，有望为理解控制线粒体能量产生的机制提供重要线索。