3月20日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nucleic Acids Research在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所王恩多研究組題為“A threonyl-tRNA synthetase-like protein has tRNA aminoacylation and editing activities”的最新研究成果。

 

        氨基酰-tRNA合成酶 (aaRS) 是一類看家酶，催化tRNA氨基?；磻?yīng)，生成氨基酰-tRNA參與蛋白質(zhì)合成，是維持生命活動(dòng)必不可少的酶。隨著生物的進(jìn)化，高等真核生物aaRS還參與一系列翻譯過程之外的功能，例如血管發(fā)育、腫瘤發(fā)生、免疫應(yīng)答、發(fā)育過程和基因表達(dá)調(diào)控等，統(tǒng)稱為aaRS的非經(jīng)典功能，對(duì)于維持生命體穩(wěn)態(tài)同樣具有重要意義。這些功能通常是由aaRS末端獨(dú)特的延伸結(jié)構(gòu)域通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用介導(dǎo)完成。

 

        人核基因組中共有37個(gè)aaRS基因，負(fù)責(zé)編碼細(xì)胞質(zhì)和線粒體兩套蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)所需的aaRS。對(duì)于某一種氨基酸而言，一般只有兩個(gè)aaRS基因與之對(duì)應(yīng)，分別編碼細(xì)胞質(zhì)和線粒體aaRS。有趣的是，2013年，王恩多組首次發(fā)現(xiàn)，在高等真核生物中，除了TARS和TARS2基因分別編碼細(xì)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(gè)與細(xì)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)序列保守性較高，但N-末端進(jìn)化出截然不同的延伸結(jié)構(gòu)域。進(jìn)化分析表明，TARSL2是來源于TARS的基因重復(fù) (Zhou et al., Nucleic Acids Res., 2013, 41, 302-314)。這是迄今在人細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的第一例aaRS重復(fù)基因。ThrRS-L具有相對(duì)保守的合成和編校結(jié)構(gòu)域，它是否具有經(jīng)典的蛋白質(zhì)合成功能是尚未解決的科學(xué)問題；此外，TARSL2只在高等真核生物中出現(xiàn)，且具有獨(dú)特的N-末端延伸結(jié)構(gòu)域，暗示ThrRS-L可能通過與某些蛋白質(zhì)相互作用行使氨基?；獾姆墙?jīng)典功能。

 

        在王恩多研究員和周小龍研究員的共同指導(dǎo)下，博士研究生陳云等通過體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)研究了小鼠Tarsl2 (人TARSL2同源基因) 基因在小鼠體內(nèi)的表達(dá)模式、蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位及ThrRS-L介導(dǎo)的產(chǎn)生Thr-tRNA^Thr的合成功能和水解誤氨基?；a(chǎn)物Ser-tRNA^Thr的編校功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Tarsl2基因在小鼠組織中普遍表達(dá)，但具有組織特異性，在肌肉和心臟中含量最高，暗示其在心臟和肌肉發(fā)育及運(yùn)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(xì)胞質(zhì)定位不同，Tarsl2編碼的蛋白質(zhì) (mThrRS-L) 在細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核中均有分布，由C-末端核定位信號(hào)介導(dǎo)細(xì)胞核定位，暗示它在細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮某種特定功能。通過體外酶學(xué)動(dòng)力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，mThrRS-L具有與mThrRS相似的合成和編?；钚?，但編校錯(cuò)誤產(chǎn)物能力明顯降低以及跨物種交叉識(shí)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。

 

        以上研究首次揭示哺乳動(dòng)物中特有的重復(fù)基因編碼的aaRS的經(jīng)典功能；也揭示了小鼠Tarsl2的表達(dá)與分布特性，為進(jìn)一步深入揭示其可能介導(dǎo)的非經(jīng)典功能奠定基礎(chǔ)。

 

        該工作得到中科院、科技部、基金委、上海市科委等項(xiàng)目資助。