RNA modifications are dynamic chemical entities that regulate RNA fate, and an avenue for environmental response in neuronal function. However, which RNA modifications may be playing a role in neuronal plasticity and environmental responses is largely unknown. Here we characterize the biochemical function and cellular dynamics of two human RNA methyltransferases previously associated with neurological dysfunction, TRMT1 and its homolog, TRMT1- like (TRMT1L). Using a combination of next-generation sequencing, LC-MS/MS, patient-derived cell lines and knockout mouse models, we confirm the previously reported dimethylguanosine (m2,2G) activity of TRMT1 in tRNAs, as well as reveal that TRMT1L, whose activity was unknown, is responsible for methylating a subset of cytosolic tRNAla(AGC) isoacceptors at position 26. Using a cellular in vitro model that mimics neuronal activation and long term potentiation, we find that both TRMT1 and TRMT1L change their subcellular localization upon neuronal activation. Specifically, we observe a major subcellular relocalization from mitochondria and other cytoplasmic domains (TRMT1) and nucleoli (TRMT1L) to different small punctate compartments in the nucleus, which are as yet uncharacterized. This phenomenon does not occur upon heat shock, suggesting that the relocalization of TRMT1 and TRMT1L is not a general reaction to stress, but rather a specific response to neuronal activation. Our results suggest that subcellular relocalization of RNA modification enzymes play a role in neuronal plasticity and transmission of information, presumably by addressing new targets.

中文翻译：

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在神经元激活后，RNA甲基转移酶TRMT1和TRMT1L的亚细胞再定位和核再分布

RNA修饰是调节RNA命运的动态化学实体，是神经元功能中环境反应的途径。然而，哪种RNA修饰可能在神经元可塑性和环境反应中发挥作用是未知的。在这里，我们表征了以前与神经功能障碍TRMT1及其同系物TRMT1-like（TRMT1L）相关的两种人类RNA甲基转移酶的生化功能和细胞动力学。通过使用下一代测序，LC-MS / MS，患者来源的细胞系和基因敲除小鼠模型的组合，我们证实了先前报道的tRNA中TRMT1的二甲基鸟苷（m2,2G）活性，并揭示了TRMT1L活性未知，负责甲基化位置26的胞质tRNAla（AGC）异构体的一部分。使用模拟神经元激活和长期增强的细胞体外模型，我们发现TRMT1和TRMT1L都在神经元激活时改变其亚细胞定位。具体来说，我们观察到主要的亚细胞重新定位，从线粒体和其他胞质域（TRMT1）和核仁（TRMT1L）到细胞核中不同的小点状区室，这些细胞尚未表征。热激时不会发生此现象，这表明TRMT1和TRMT1L的重新定位不是对压力的一般反应，而是对神经元激活的特定反应。我们的结果表明，RNA修饰酶的亚细胞再定位在神经元可塑性和信息传递中发挥了作用，大概是通过解决新的靶标。我们发现，TRMT1和TRMT1L在神经元激活后都会改变其亚细胞定位。具体来说，我们观察到主要的亚细胞重新定位，从线粒体和其他胞质域（TRMT1）和核仁（TRMT1L）到细胞核中不同的小点状区室，这些细胞尚未表征。热激时不会发生此现象，这表明TRMT1和TRMT1L的重新定位不是对压力的一般反应，而是对神经元激活的特定反应。我们的结果表明，RNA修饰酶的亚细胞再定位在神经元可塑性和信息传递中发挥了作用，大概是通过解决新的靶标。我们发现，TRMT1和TRMT1L在神经元激活后都会改变其亚细胞定位。具体来说，我们观察到主要的亚细胞重新定位，从线粒体和其他胞质域（TRMT1）和核仁（TRMT1L）到细胞核中不同的小点状区室，这些细胞尚未表征。热激时不会发生此现象，这表明TRMT1和TRMT1L的重新定位不是对压力的一般反应，而是对神经元激活的特定反应。我们的结果表明，RNA修饰酶的亚细胞再定位在神经元可塑性和信息传递中发挥了作用，大概是通过解决新的靶标。我们观察到主要的亚细胞从线粒体和其他胞质域（TRMT1）和核仁（TRMT1L）到细胞核中不同的小点状区室的重新定位，这些尚未被表征。热激时不会发生此现象，这表明TRMT1和TRMT1L的重新定位不是对压力的一般反应，而是对神经元激活的特定反应。我们的结果表明，RNA修饰酶的亚细胞再定位在神经元可塑性和信息传递中发挥了作用，大概是通过解决新的靶标。我们观察到主要的亚细胞从线粒体和其他胞质域（TRMT1）和核仁（TRMT1L）到细胞核中不同的小点状区室的重新定位，这些尚未被表征。热激时不会发生此现象，这表明TRMT1和TRMT1L的重新定位不是对压力的一般反应，而是对神经元激活的特定反应。我们的结果表明，RNA修饰酶的亚细胞再定位在神经元可塑性和信息传递中发挥了作用，大概是通过解决新的靶标。提示TRMT1和TRMT1L的重新定位不是对压力的一般反应，而是对神经元激活的特定反应。我们的结果表明，RNA修饰酶的亚细胞再定位在神经元可塑性和信息传递中发挥了作用，大概是通过解决新的靶标。提示TRMT1和TRMT1L的重新定位不是对压力的一般反应，而是对神经元激活的特定反应。我们的结果表明，RNA修饰酶的亚细胞再定位在神经元可塑性和信息传递中发挥了作用，大概是通过解决新的靶标。