中國科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)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(dá)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氨基酰化反應(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(dá)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(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。aaRS的催化特異性對遺傳信息的準(zhǔn)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(xì)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(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)序列相對保守，具有*的N-末端延伸結(jié)構(gòu)域。這是目前在人細(xì)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(dá)模式、蛋白亞細(xì)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(dá)，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(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。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相似的合成和編校活性，但編校錯誤產(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。