DNA上的遗传信息被转录成信使RNA(mRNA)，并通过核糖体上的转移RNA(tRNA)翻译成氨基酸序列。RNA内修饰的核苷参与维持和调节蛋白质合成系统。

发现一种也作用于核苷的tRNA修饰酶

古菌核苷是一种修饰核苷，仅存在于古菌(所谓的生命第三领域)的tRNA中，有助于维持L型tRNA三维结构。

古核苷的合成涉及多个步骤，第一步通过ArcTGT将preQ0碱基引入tRNA。第二步，ArcS将氨基酸赖氨酸转移到tRNA的preQ0碱基上，并合成preQ0-Lys作为中间体。然后，第三步酶RaSEA将tRNA中的preQ0-Lys转化为古核苷。

该古菌素合成途径是2019年由日本爱媛大学和岐阜大学合作发表在《自然化学生物学》杂志上的一项研究阐明的。然而，第二步酶ArcS的底物特异性此前是未知的。

为了解决该问题，爱媛大学理工学研究科的堀宏之教授、山上良太讲师、藤田秀、杉尾悠弦、川村卓也博士(现就读于美国托马斯·杰斐逊大学)等研究生领导的研究小组，与岐阜大学的横川隆史教授、冈夏久教授以及德岛大学的平田彰副教授合作，进行了生化分析。

大多数RNA修饰酶识别RNA靶位周围的三维结构，很少识别RNA序列本身。为了研究ArcS的底物RNA特异性，使用DNAzymes将preQ0修饰的tRNA片段化，并评估每个片段的赖氨酸转移(见上图1)。

令人吃惊的是，ArcS将赖氨酸转移到了所有含有preQ0的RNA片段上，在21个核苷酸(21nt)的RNA片段中，不仅整个tRNA结构被破坏，而且D臂结构也被破坏，这表明ArcS不能识别底物RNA的三维结构。

图2.preQ0核苷及其衍生物是ArcS的底物。来源：JournalofBiologicalChemistry(2024)。DOI：10.1016/j.jbc.2024.107505

为了确定最小底物，使用preQ0碱基、preQ0核苷、5'-磷酸化preQ0核苷酸和3'-磷酸化preQ0核苷酸评估赖氨酸转移(图2)。

研究发现，最低底物为preQ0核苷，当5’位附加磷酸基时，反应效率提高，因此ArcS是一种前所未有的可以以核苷为底物的tRNA修饰酶。

随着COVID-19mRNA疫苗的开发，假尿苷和1-甲基假尿苷等修饰核苷得到了有效利用，全球范围内正在开展将各种修饰引入靶RNA的研究。ArcS可以利用核苷作为最小底物，这一发现为这些修饰核苷的前体分子的合成提供了新的见解。