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熱烈慶賀：上海生科所亮氨酸結(jié)構(gòu)域（LSD）氨基酰化和編校功能
最近更新時(shí)間：2013-3-29
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亮氨酸特異結(jié)構(gòu)域（LSD）是一個(gè)緊密有序的結(jié)構(gòu)，它參與了多數(shù)亮氨酰-tRNA合成酶（LeuRSs）中保守KMSKS催化環(huán)的定位。然而支原體LeuRSs中四肽GKDG取代了LSD結(jié)構(gòu)域。近日，中科院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所王恩多研究組原核生物中亮氨酰-tRNA合成酶（LeuRS）的亮氨酸專一結(jié)構(gòu)域（LSD）參與調(diào)節(jié)酶的編校功能以及對tRNA的識別。相關(guān)研究成果于2013年3月21日發(fā)表在Nucleic Acids Research期刊上。
此外王恩多研究組曾指出了人胞質(zhì)ProX編校誤氨基酰-tRNAPro的機(jī)理，并于2013年2月15日發(fā)表生物化學(xué)雜志。
在長期的進(jìn)化中，氨基酰-tRNA合成酶（aaRS）通過不斷招募新的結(jié)構(gòu)域來保證催化反應(yīng)的效率和專一性。 LSD是LeuRS區(qū)別于其它I類aaRS*的結(jié)構(gòu)域，它鄰近酶的催化活性中心（KMSKS 環(huán)）。相比LeuRS中廣泛存在的氨基?；Y(jié)構(gòu)域，編校結(jié)構(gòu)域和tRNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，很多物種如支原體（Mycoplasma），枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）來源的LeuRS中缺失了LSD。序列比對發(fā)現(xiàn)來自運(yùn)動(dòng)型支原體 （Mycoplasma ） 的LeuRS（MmLeuRS）僅用GKDG組成的四肽來代替LSD。先前該研究組已報(bào)道過MmLeuRS還缺失了LeuRS通常具有的稱為CP1的編校結(jié)構(gòu)域。
博士研究生閆衛(wèi)，譚敏博士等利用天然具有LSD的EcLeuRS和缺少LSD的MmLeuRS為研究對象，通過將LSD與GKDG四肽在兩種酶之間的互相替換，發(fā)現(xiàn)：盡管LSD對EcLeuRS的氨基?；δ苤陵P(guān)重要， 但是來自MmLeuRS的GKDG四肽可以功能性地代償EcLeuRS的LSD。反之將EcLeuRS的LSD和CP1同時(shí)整合到MmLeuRS中，同樣獲得了高催化活力的嵌合酶，這在一定程度上模擬了LeuRS的進(jìn)化過程。進(jìn)一步的研究表明： LeuRS整合LSD后加強(qiáng)了轉(zhuǎn)移后編校功能，其不依賴tRNA的轉(zhuǎn)移前編校功能則被抑制。 LSD還參與對tRNALeu的識別， 其K598殘基可以識別tRNALeu 的可變莖環(huán)的大小和第20位的特定核苷酸。該研究一方面揭示了原核生物中LeuRS的LSD的新功能及作用機(jī)制，另一方面增進(jìn)了人們對LeuRS進(jìn)化及其分子內(nèi)大結(jié)構(gòu)域間相互作用的認(rèn)識。同時(shí)，該結(jié)果為aaRS和tRNA同進(jìn)化假說提供了新的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
該項(xiàng)工作得到了國家科技部、國家基金委、中國科學(xué)院和上海市科學(xué)技術(shù)委員會的資助。