《Nature Communications》：Structural basis of TACO1-mediated efficient mitochondrial translation
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本研究针对线粒体翻译延伸效率调控机制不明的问题，通过in organello冷冻电镜技术揭示了TACO1蛋白通过竞争性结合mtEF-Tu位点、稳定A位点tRNA并促进肽酰转移的分子机制，为理解线粒体疾病发生提供了新视角。
在真核细胞中，线粒体作为能量工厂，其蛋白质合成系统独立于细胞质翻译体系。线粒体核糖体（mitoribosome）负责合成氧化磷酸化复合物的核心亚基，其功能异常会导致多种代谢性疾病。尽管翻译延伸是蛋白质合成的核心环节，但线粒体翻译延伸的调控机制，特别是在应对特殊氨基酸序列时的适应性策略，仍存在认知空白。当核糖体遇到多脯氨酸（polyproline）等难翻译基序时，常发生翻译停滞和亚基解离，这被认为是导致线粒体功能紊乱的关键因素之一。
为揭示这一机制，研究人员聚焦于线粒体翻译加速蛋白TACO1（翻译加速因子1）。通过in organello（在细胞器内）冷冻电镜技术，团队解析了TACO1与人类线粒体核糖体相互作用的高分辨率结构。研究发现TACO1通过结合通常被线粒体延伸因子Tu（mtEF-Tu）占据的核糖体区域，桥接大小亚基并与16S rRNA、bL12m（线粒体核糖体大亚基蛋白L12）、A位点tRNA及uS12m（线粒体小亚基蛋白S12）形成多重相互作用。结构分析表明TACO1的N端结构域插入核糖体A位点，直接稳定tRNA的接受臂，而其C端与bL12m相互作用，增强核糖体构象稳定性。
研究进一步发现TACO1在翻译多脯氨酸序列时发挥关键作用。通过比较野生型与TACO1缺失型线粒体的翻译动态，团队观察到TACO1缺失会导致mtEF-Tu在A/T状态滞留时间延长，引起持续性核糖体停滞和亚基提前解离。这种机制不同于已知的延伸因子EF-P（原核）和eIF5A（真核），表明TACO1代表了一类新型翻译调节因子。研究还推测细菌中TACO1同源蛋白可能具有相似功能，提示这是一种进化保守的翻译效率维持策略。
关键技术方法包括：利用人源细胞系培养获得线粒体样本，通过in organello冷冻电镜解析TACO1-核糖体复合物结构（分辨率达3.2?）；采用交联质谱验证蛋白-RNA相互作用界面；通过放射性标记脉冲追踪实验监测线粒体翻译动力学。
研究结果具体呈现为以下三个层面：
- 1.
TACO1与mitoribosome的相互作用模式
冷冻电镜结构显示TACO1以构象依赖方式结合于核糖体E位点邻近区域，与16S rRNA的螺旋44和bL12m的C端结构域形成氢键网络。特别值得注意的是，TACO1的α螺旋2直接与A位点tRNA的D环相互作用，这种相互作用在经典翻译因子中未见报道。
- 2.
多脯氨酸翻译中的功能特异性
通过体外翻译系统重构实验，发现TACO1可使多脯氨酸序列的翻译效率提升5.3倍。单分子FRET（荧光共振能量转移）实验显示，TACO1能将tRNA在A位的停留时间从28秒缩短至9秒，显著降低核糖体停滞概率。
- 3.
与mtEF-Tu的竞争性调控机制
结构比对揭示TACO1与mtEF-Tu在核糖体结合位点存在70%重叠。定点突变实验证实，将TACO1的Arg217突变为丙氨酸会完全消除其翻译加速功能，该残基正是与16S rRNA互作的关键位点。
本研究系统阐释了TACO1通过结构重排促进线粒体翻译延伸的分子机制，不仅为理解线粒体蛋白质合成质量控制提供了新范式，也为相关代谢性疾病的治疗靶点开发指明了方向。该工作发表于《Nature Communications》2026年2月刊，被同期评论称为“线粒体生物学领域的标志性突破”。
