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转移核糖核酸(transfer RNA，tRNA)是细胞中参与蛋白质合成的重要分子之一。tRNA上的核苷酸存在广泛转录后修饰，这些修饰对于tRNA在细胞内发挥功能起着重要作用，尤其是位于反密码子环34位和37位的核苷酸修饰。大肠杆菌亮氨酸tRNA(tRNALeu)的CAA和UAA等受体的第34位存在2-O-甲基化修饰，该修饰由SPOUT家族甲基转移酶TrmL负责催化。敲除TrmL基因导致的修饰缺陷会降低tRNALeu摆动位点与密码子的相互识别，进而影响翻译的忠实性。 TrmL与SPOUT甲基转移酶家族众多其它成员不同，它仅具有保守的催化结构域却不具备通常存在于其它SPOUT家族RNA甲基转移酶成员中的RNA结合结构域。TrmL与tRNA的识别方式以及它是否具有独立的催化功能并不清楚。我们通过解析高分辨率的大肠杆菌来源的TrmL的晶体结构以及其与辅因子S-腺苷-高半胱氨酸复合物的晶体结构鉴定出了TrmL的催化中心以及其与tRNA底物的结合方式。我们发现，TrmL可以在体外独立催化两种亮氨酸tRNA等受体的甲基化修饰。同时，TrmL可能采用同源二聚体发挥生物功能，其中一个亚基的表面碱性氨基酸残基参与tRNA相互识别，而另一个亚基则发挥甲基转移酶的催化功能。 TrmL以独特的方式结合tRNA，但tRNA上参与TrmL识别的元件尚不清楚。通过结构生物学及生物化学研究，我们发现TrmL催化的2-O-甲基化修饰是一个非常精细的过程。TrmL特异性的识别底物tRNA依赖于以下元件:(1) tRNA反密码子茎环结构;(2)反密码子环精确的核苷酸序列;(3)摆动碱基位为嘧啶核苷酸保守;(4)A37位上的异戊烯基化修饰(i6A)。 在真核生物酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae中，苯丙氨酸tRNA(tRNAPhe)，色氨酸tRNA(tRNATrp)，亮氨酸tRNA(tRNALeuUAA)第32C和34位G、C或U上存在2-O-甲基化修饰。那么，人胞质tRNA的这些位点上是否同样存在2-O-甲基化修饰，修饰酶是什么都是值得研究的问题。根据蛋白质序列分析，人FTSJ1(hcFTSJ1)是一个潜在的转移核糖核酸甲基化修饰酶。文献报道hcFTSJ1基因功能的缺陷将会导致智力发育障碍。我们的研究结果显示，hcFTSJ1可以在体外催化三种人胞质转移核糖核酸反密码子环部分核苷酸的2-O-甲基化修饰。关于hcFTSJ1的催化机理、三级结构和细胞内生理功能，以及其催化的甲基化修饰与精神发育迟滞这类疾病之间的关系都是值得我们深入研究的问题。