中國科學(xué)院生物化學(xué)與細胞生物學(xué)研究所王恩多院士課題組在學(xué)術(shù)期刊Nucleic Acids Research 在線發(fā)表題為“A threonyl-tRNA synthetase-like protein has tRNA aminoacylation and editing activities”的研究論文。研究揭示哺乳動物中*的重復(fù)基因編碼的aaRS(氨基酰-tRNA合成酶)的經(jīng)典功能;同時揭示了小鼠Tarsl2(人TARSL2同源基因)的表達與分布特性,該論文由王恩多研究員和周小龍研究員共同指導(dǎo),博士生*為作者。
aaRS背景介紹
aaRS是一類維持生命活動*的看家酶,能夠催化tRNA氨基?;磻?yīng),生成氨基酰-tRNA參與蛋白質(zhì)合成。高等真核生物中aaRS還參與血管發(fā)育、腫瘤發(fā)生、免疫應(yīng)答、發(fā)育過程和基因表達調(diào)控等一系列翻譯過程之外的非經(jīng)典功能。人核基因組中共有37個aaRS基因,負責(zé)編碼細胞質(zhì)和線粒體兩套蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)所需的aaRS。aaRS的催化特異性對遺傳信息的準確傳遞十分重要,例如對于某一種氨基酸而言,一般只有兩個aaRS基因與之對應(yīng),分別編碼細胞質(zhì)和線粒體aaRS。但在2013年,王恩多課題組發(fā)現(xiàn),在高等真核生物中,除了TARS和TARS2基因分別編碼細胞質(zhì)和線粒體蘇氨酰-tRNA合成酶 (ThrRS) 以外,還存在第三種基因TARSL2,編碼一個與細胞質(zhì)ThrRS高度類似的蛋白質(zhì) (命名為ThrRS-like, ThrRS-L)。ThrRS-L與ThrRS主體結(jié)構(gòu)序列相對保守,具有*的N-末端延伸結(jié)構(gòu)域。這是目前在人細胞中發(fā)現(xiàn)的例aaRS重復(fù)基因。ThrRS-L具有相對保守的合成和編校結(jié)構(gòu)域,但是否具有經(jīng)典的蛋白質(zhì)合成功能懸而未決。
科學(xué)家如何解決科學(xué)難題
王恩多研究員和周小龍研究員以小鼠為研究對象,通過體內(nèi)外實驗探究小鼠Tarsl2基因在小鼠體內(nèi)的表達模式、蛋白亞細胞定位及由ThrRS-L介導(dǎo)的產(chǎn)生Thr-tRNAThr的合成功能和水解誤氨基酰化產(chǎn)物Ser-tRNAThr的編校功能。數(shù)據(jù)表明Tarsl2基因在小鼠組織中普遍表達,但具有組織特異性,在肌肉和心臟中含量,暗示其在心臟和肌肉發(fā)育及運轉(zhuǎn)過程中發(fā)揮作用;此外,與小鼠胞質(zhì)ThrRS (mThrRS,Tars編碼) 的細胞質(zhì)定位不同,Tarsl2編碼的蛋白質(zhì) (mThrRS-L) 在細胞質(zhì)與細胞核中均有分布,由C-末端核定位信號介導(dǎo)細胞核定位,暗示它在細胞核內(nèi)發(fā)揮某種特定功能。這些發(fā)現(xiàn)為深入研究其可能介導(dǎo)的非經(jīng)典功能奠定理論基礎(chǔ)。通過體外酶學(xué)動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn),mThrRS-L具有與mThrRS相似的合成和編?;钚裕幮ee誤產(chǎn)物能力明顯降低以及跨物種交叉識別tRNA的能力存在差異,表明在經(jīng)典功能方面,兩者存在差別。