院士組發表文章:tRNA陰陽學說
日期:2013-04-22 10:02:07
來自中科院生物化學與細胞生物學研究所,法國科研中心分子細胞及遺傳學研究所的研究人員以tRNA的陰陽為題,揭示了tRNA 3’CCA末端在EcLeuRS分子內的擺動對其催化和編校功能的影響,同時為以tRNA在LeuRS中分子內的擺動機制為靶點的新型抗生素設計提供了理論依據。相關研究成果公布在國際學術期刊《Nucleic Acids Research》上。
領導這一研究的是著名生物化學與分子生物學家王恩多院士,其長期從事酶學和酶與核酸的相互作用的研究,在蛋白質生物合成中關鍵的氨基酰-tRNA合成酶與tRNA相互作用的研究中做出了重要貢獻,于2005年當選為中國科學院院士。2006年當選為第三世界科學院院士。第一作者為譚敏博士和博士研究生王猛。
LeuRS催化生成亮氨酰-tRNALeu為蛋白質的生物合成提供原料,tRNA的氨基酰化反應在合成結構域通過氨基酸活化和tRNA的氨基酰化兩步反應完成。但是,其催化活性中心也會識別亮氨酸類似物生成誤活化氨基酸,進而產生誤氨基酰-tRNALeu。
為保證正確地翻譯遺傳信息,LeuRS在進化的過程中招募了一個額外的編校結構域(CP1)來行使編校功能,在該結構域水解生成的誤氨基酰化產物。LeuRS的氨基酰化和編校功能依賴于tRNA的3’ CCA末端在兩個結構域之間的擺動。在氨基酰-tRNA合成活性中心沒有活化的亮氨酸時,tRNA 3’ CCA末端傾向于結合在編校結構域,此時的tRNA呈經典的倒L構象。而當tRNA的3’CCA末端結合到氨基酰-tRNA合成結構域進行氨基酰化反應時,則呈現壓縮扭曲的構象。
在這篇文章中,研究人員通過對大腸桿菌LeuRS(EcLeuRS)的結構的分析和酶學動力學研究,鑒定了EcLeuRS中協助tRNA 3’CCA轉位的關鍵殘基R418,將其突變成酸性的谷氨酸和天門冬氨酸導致與tRNA相互排斥使tRNA不能進入氨基酰化活性中心,酶的氨基酰化活力幾乎喪失。
當EcLeuRS處于氨基酰化構象時編校結構域中的E292和氨基酰化結構域中的R416形成了空間距離為2.8Å的鹽橋;揭示了這個鹽橋的作用在于將游離的tRNA鎖定在氨基酰-tRNA合成活性中心,當引入單突變R416E或E292R破壞鹽橋使游離的tRNA 3’CCA末端從氨基酰-tRNA合成活性中心擺出,降低了酶的氨基酰化活力;酶的氨基酰化活力隨著引入雙突變E292R-R416E重構鹽橋而恢復。
進一步的研究表明tRNA 3’CCA末端在EcLeuRS分子內的擺動同時還調節了酶的編校活力,當EcLeuRS的突變降低了tRNA 3’CCA在氨基酰-tRNA合成活性中心的結合時,CCA傾向位于編校結構域內,具有這一構象的酶變種依賴tRNA的轉移前編校功能將被激活,進而提高了酶的依賴tRNA的轉移前編校活力以及總的編校活力。
這項研究揭示了tRNA 3’CCA末端在EcLeuRS分子內的擺動對其催化和編校功能的影響,同時為以tRNA在LeuRS中分子內的擺動機制為靶點的新型抗生素設計提供了理論依據。