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中科院女院士JBC文章

2018-12-07 05:02:24

中科院女院士JBC文章

生物通报道:来自上海生化与细胞所的消息,生化所分子生物学国家重点实验室的研究人员通过揭示了进化树底部的超嗜热菌 Aquifex aeolicus 的LeuRS (AaLeuRS)的催化反应,发现了亮氨酰-tRNA合成酶具有不依赖tRNA的转移前编校。这一研究成果公布在《J Biol Chem》(284,.)上。

领导这一研究的是王恩多院士,其主要研究方向是酶与核酸的相互作用,氨基酰-tRNA合成酶是蛋白质生物合成过程中的一类关键酶。在去年9月,其研究小组通过敲除亮氨酰-tRNA合成酶基因的酵母菌株揭示对酵母细胞质亮氨酰-tRNA合成酶(LeuRS)编校活力关键而独特的氨基酸残基,文章同样发布在JBC上。这些研究都得到了国家科技部、国家基金委及上海市科委的经费支持。氨基酰-tRNA合成酶(AARS)在体内催化合成氨基酰-tRNA,为蛋白质生物合成提供原料。通常,该催化反应为两步反应,首先氨基酸被ATP活化,生成反应中间体氨基酰-AMP,然后被活化的氨基酸转移到tRNA的3’末端,生成氨基酰-tRNA。该催化反应的精确性对遗传信息的翻译、蛋白质的功能甚至生物体生存至关重要。一些AARS在漫长的进化过程中获得编校功能来水解错误的中间体或错误的产物,以保证反应的精确性、避免错误的氨基酸参入蛋白质。AARS对错误氨基酸转移到tRNA之前和之后的编校分别称为转移前和转移后的编校。王恩多组2000年首次报道了亮氨酰-tRNA合成酶(LeuRS)具有发生在独立编校结构域(CP1)的转移后的编校。是否LeuRS具有其它的编校途径?王恩多组的朱斌,姚鹏和谭敏发现进化树底部的超嗜热菌 Aquifex aeolicus 的LeuRS (AaLeuRS) 具有不依赖tRNA的转移前编校活力,可以直接水解被AaLeuRS误活化的氨基酸。其活性中心不在CP1结构域,而在氨基酰化活性中心,AaLeuRS催化误活化氨基酸的水解速度远高于误活化氨基酸自发水解的速度。本篇工作的意义在于发现:LeuRS的氨基酰化活性中心除了通过氨基酸的分子大小来“粗筛”氨基酸底物以外,还具有对反应中间体的“细筛”功能,进而揭示了AARS催化反应的精确性是多层次、多结构域共同协同作用的结果。附:

王恩多研究员,博士生导师。1965-1969和1978-1981两次中国科学院上海生物化学研究所研究生毕业。1984-1987年在美国加州大学戴维斯分校医学院访问,1992年10-12月,1994年10-12月,1998年1-4月在法国斯特拉丝堡法国国家科学研究中心分子与细胞研究所合作研究,1996年9月-1997年2月在香港科学技术大学生物化学系进行研究工作,2000年6-8月在加拿大Laval大学生物化学系,进行合作研究。为中国科学院上海生命科学院生物化学与细胞生物学研究所学位评定委员会委员。从事生物化学与分子生物学研究,研究方向为酶与核酸的相互作用。目前主要以氨基酰-tRNA合成酶和相关tRNA为对象进行研究。已主持和承担国家和中国科学院重大和重点研究项目14项。发表论文80余篇,申请发明专利4项,以完成人获得2000年度上海市科学技术进步奖一等奖1项,2001年度国家自然科学奖二等奖1项。已指导和培养博士研究生16名,硕士生3名,所培养的研究生获得包括中国科学院院长奖学金的各类奖项20人次。曾多次获得上海市“三八红旗手”、2000年度上海市“三八红旗手标兵”、1998-2000年度上海市劳动模范称号。 研究简介研究方向为酶与核酸的相互作用,氨基酰-tRNA合成酶是蛋白质生物合成过程中的一类关键酶。它催化蛋白质生物合成过程中的步反应-tRNA的氨基酰化反应。氨基酰-tRNA合成酶对tRNA的精确识别保证了遗传信息由核酸传递到蛋白质的精确性。 所以研究氨基酰-tRNA合成酶具有重要的生物学意义。随着研究的深入,氨基酰-tRNA合成酶还可以为人类的疾病防止和治疗、改善人类生存环境提供理论依据和新的思路。本研究组用分子生物学、生物化学与生物物理方法,从基因克隆、高表达和突变入手,研究不同来源的亮氨酰-和精氨酰-tRNA合成酶(LeuRS, ArgRS)及其相关tRNA的相互作用。重点研究酶分子上与相关tRNA精确相互作用的氨基酸残基和结构域,这种精确识别包括合成正确产物和校正错误的中间产物和终产物的催化机制;tRNA分子上与酶精确识别的硷基;不同来源的同种氨基酰-tRNA合成酶对抑制剂的选择性。以了解酶与tRNA相互作用与精确识别的结构基础和作用机理。过去的研究结果有:通过基因定点研究了ArgRS与氨基酰化活力有关的重要的氨基酸残基;首次发现大肠杆菌tRNAArg2分子上的A20是大肠杆菌ArgRS识别tRNA的重要元件;首次结晶了大肠杆菌ArgRS,解出了晶胞参数,对晶体进行了初步研究;用核磁共振方法研究了ArgRS与底物结合时引起的构象变化。首次发现并证明LeuRS的CP1结构域内的292E和293A间的肽键对酶活力至关重要; 首次发现LeuRS的292E-293A肽键间插入253-292之间40个氨基酸残基的插入突变变种LeuRS-A催化tRNALeu2亮氨酰化的速度为tRNALeu1的3倍,证明了LeuRS-A对tRNALeu等受体的识别是对接受茎上对碱基对是否为摆动碱基对的识别;首次发现LeuRS的CP1是编校活性中心所在,某些在该结构域的变种也可以不同程度误氨基酰化tRNALeu的等受体。研究结果多次被《生物化学年鉴》和《细胞》中的综述,《美国科学院院报》,《欧洲分子生物学组织杂志》和《生物化学》的研究论文引用。研究组与法国,加拿大,美国等多家实验室有合作研究关系。

原文摘要:

tRNA-independent Pretransfer Editing by Class I Leucyl-tRNA SynthetaseAminoacyl-tRNA synthetases catalyze the formation of aminoacyl-tRNA in a two-step reaction starting with amino acid activation followed by aminoacyl group transfer to tRNA. To clear mistakes that occasionally occur, some of these enzymes carry out editing activities, acting on the misactivated amino acid (pretransfer editing) or after the transfer on the tRNA (post-transfer editing). The post-transfer editing pathway of leucyl-tRNA synthetase has been extensively studied by structural and biochemical approaches. Here, we report the finding of a tRNA-independent pretransfer editing pathway in leucyl-tRNA synthetases from Aquifex aeolicus. Using a CP1-mutant defective in its post-transfer editing function, we showed that this new editing pathway is distinct from the post-transfer editing site and may occur at the synthetic catalytic site, as recently proposed for other aminoacyl-tRNA synthetases.

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