3月20日，國際學術期刊Nucleic Acids Research在線發(fā)表了中國科學院生物化學與細胞生物學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?，生成氨基酰-tRNA參與蛋白質合成，是維持生命活動必不可少的酶。隨著生物的進化，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、免疫應答、發(fā)育過程和基因表達調控等，統(tǒng)稱為aaRS的非經典功能，對于維持生命體穩(wěn)態(tài)同樣具有重要意義。這些功能通常是由aaRS末端獨特的延伸結構域通過蛋白質-蛋白質相互作用介導完成。

 

        人核基因組中共有37個aaRS基因，負責編碼細胞質和線粒體兩套蛋白質合成系統(tǒng)所需的aaRS。對于某一種氨基酸而言，一般只有兩個aaRS基因與之對應，分別編碼細胞質和線粒體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基因分別編碼細胞質和線粒體蘇氨酰-tRNA合成酶 (ThrRS) 以外，還存在第三種基因TARSL2，編碼一個與細胞質ThrRS高度類似的蛋白質 (命名為ThrRS-like, ThrRS-L)。ThrRS-L與ThrRS主體結構序列保守性較高，但N-末端進化出截然不同的延伸結構域。進化分析表明，TARSL2是來源于TARS的基因重復 (Zhou et al., Nucleic Acids Res., 2013, 41, 302-314)。這是迄今在人細胞中發(fā)現(xiàn)的第一例aaRS重復基因。ThrRS-L具有相對保守的合成和編校結構域，它是否具有經典的蛋白質合成功能是尚未解決的科學問題；此外，TARSL2只在高等真核生物中出現(xiàn)，且具有獨特的N-末端延伸結構域，暗示ThrRS-L可能通過與某些蛋白質相互作用行使氨基?；獾姆墙浀涔δ?。

 

        在王恩多研究員和周小龍研究員的共同指導下，博士研究生陳云等通過體內體外實驗研究了小鼠Tarsl2 (人TARSL2同源基因) 基因在小鼠體內的表達模式、蛋白質的細胞定位及ThrRS-L介導的產生Thr-tRNA^Thr的合成功能和水解誤氨基?；a物Ser-tRNA^Thr的編校功能。實驗結果表明，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最高，暗示其在心臟和肌肉發(fā)育及運轉過程中發(fā)揮作用；此外，與小鼠胞質ThrRS (mThrRS，Tars編碼) 的細胞質定位不同，Tarsl2編碼的蛋白質 (mThrRS-L) 在細胞質與細胞核中均有分布，由C-末端核定位信號介導細胞核定位，暗示它在細胞核內發(fā)揮某種特定功能。通過體外酶學動力學研究發(fā)現(xiàn)，mThrRS-L具有與mThrRS相似的合成和編?；钚?，但編校錯誤產物能力明顯降低以及跨物種交叉識別tRNA的能力存在差異，表明在經典功能方面，兩者存在差別。

 

        以上研究首次揭示哺乳動物中特有的重復基因編碼的aaRS的經典功能；也揭示了小鼠Tarsl2的表達與分布特性，為進一步深入揭示其可能介導的非經典功能奠定基礎。

 

        該工作得到中科院、科技部、基金委、上海市科委等項目資助。