近日来自中科院上海生科院生化与细胞所的研究人员，在新研究中揭示了tRNA 氨基酸接受末端在蛋白质生物合成及其精确性调控中的作用。相关研究论文发表在7月20日的《核酸研究》(Nucleic Acids Research)杂志上。
领导这一研究的是著名生物化学与分子生物学家王恩多院士，其长期从事酶学和酶与核酸的相互作用的研究，在蛋白质生物合成中关键的氨基酰-tRNA合成酶与tRNA相互作用的研究中做出了重要贡献，于2005年当选为中国科学院院士。2006年当选为第三世界科学院院士。
亮氨酰-tRNA合成酶(LeuRS)在体内负责催化亮氨酸和对应tRNALeu之间的酯化反应(氨基酰化反应)，生成亮氨酰-tRNA(Leu-tRNALeu)，为蛋白质生物合成提供原料。该酯化反应对于保证核糖体上新生多肽链一级序列的精确性至关重要。由于细胞内存在着22种蛋白质氨基酸以及大量的氨基酸代谢物和类似物，某些氨基酰-tRNA合成酶(aaRS)会错误地活化非对应氨基酸。因此，aaRS进化出编校功能(proofreading/editing)以去除在氨基酸选择上的错误。王恩多实验室于2009年和2010年发表两篇J. Biol. Chem.，详细阐明了LeuRS所催化的编校反应机理。同时发现，tRNALeu在LeuRS所催化的编校反应中起着重要作用。
在这项最新研究中，王恩多实验室周小龙博士等以tRNALeu作为主要研究对象，详细研究了氨基酸接受末端(CCA76)在氨基酰化反应，特别是编校反应过程中的具体作用。发现保守的氨基酸接受末端中的A76对于氨基酰化、转移前编校、转移后编校起决定性作用，而C75与C74的作用则更多地体现在氨基酰化反应中。进一步地，通过关键的体内实验表明，tRNALeu与LeuRS在体内协同作用，通过保守的氨基酸和CCA76共同调节蛋白质生物合成的精确性，如果破坏这种协同作用，细胞生长变慢。该项研究进一步丰富了对于tRNA绝对保守的氨基酸接受末端的生物学意义的认识。
该研究得到国家自然科学基金委(30930022、31000355)、上海市科委(09JC1415900)、中科院外国高级访问教授 (2009S2-19)、法国国立科研中心国际合作项目(3606)等基金的资助。(生物谷 Bioon.com)
doi:10.1093/nar/gkr595
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PMID:
Role of tRNA amino acid-accepting end in aminoacylation and its quality control
Xiao-Long Zhou, Dao-Hai Du, Min Tan, Hui-Yan Lei, Liang-Liang Ruan, Gilbert Eriani and En-Duo Wang
Aminoacyl–tRNA synthetases (aaRSs) are remarkable enzymes that are in charge of the accurate recognition and ligation of amino acids and tRNA molecules. The greatest difficulty in accurate aminoacylation appears to be in discriminating between highly similar amino acids. To reduce mischarging of tRNAs by non-cognate amino acids, aaRSs have evolved an editing activity in a second active site to cleave the incorrect aminoacyl–tRNAs. Editing occurs after translocation of the aminoacyl–CCA76 end to the editing site, switching between a hairpin and a helical conformation for aminoacylation and editing. Here, we studied the consequence of nucleotide changes in the CCA76 accepting end of tRNALeu during the aminoacylation and editing reactions. The analysis showed that the terminal A76 is essential for both reactions, suggesting that critical interactions occur in the two catalytic sites. Substitutions of C74 and C75 selectively decreased aminoacylation keeping nearly unaffected editing. These mutations might favor the regular helical conformation required to reach the editing site. Mutating the editing domain residues that contribute to CCA76 binding reduced the aminoacylation fidelity leading to cell-toxicity in the presence of non-cognate amino acids. Collectively, the data show how protein synthesis quality is controlled by the CCA76 homogeneity of tRNAs.
