上海生科院揭示人类致病菌白色念珠菌亮氨酰-tRNA合成酶的C-末端结构域识别tRNASer和tRNALeu的机理

蛋白质组学分析表明,来自大肠杆菌(Escherichia coli)到人类(Homo
sapiens
)的aaRS都具有乙酰化修饰,且一些被鉴定到具有乙酰化修饰的赖氨酸残基是保守的。在王恩多指导下,博士研究生叶青等人研究了大肠杆菌中aaRS的乙酰化修饰对酶活力带来的影响。他们通过质谱鉴定获得了大肠杆菌体内LeuRS
(EcLeuRS)和ArgRS
(EcArgRS)乙酰化修饰的位点信息;利用谷氨酰胺(glutamine,Glu)扫描(Glu
scanning,模拟具有乙酰化修饰的Lys)发现EcLeuRS上的3个位点(Lys619、Lys624和Lys809)和EcArgRS上的2个位点(Lys126和Lys408)对酶的催化活力具有重要作用;使用pAcKRS系统,获得了定点插入ε-氨基乙酰化的赖氨酸(Nε-acetyl-L-lysine,Ac-Lys)的EcLeuRS和EcArgRS。他们在分析以上乙酰化修饰的酶的性质后,发现以上Lys残基的乙酰化修饰的酶降低了氨基酸的活化活力和酶与对应tRNA之间的亲和力,使酶的氨基酰化活力降低或丧失。此外,他们通过体外实验发现,一种被报道可以在原核细胞中化学修饰乙酰化蛋白质的高能化合物乙酰磷酸(acetyl-phosphate,AcP)和沉默信息调节因子2相关酶(silent
information regulator 2-related
enzymes,Sirtuin)家族的去乙酰化酶CobB可能参与乙酰化和去乙酰化修饰EcLeuRS和EcArgRS的调节。以上研究结果揭示了乙酰化修饰对aaRS氨基酰化活力潜在的调节功能,首次提出乙酰化修饰可能作为一种翻译后水平的开关控制aaRS的活力,从而影响蛋白质翻译过程。

12月16日,国际学术期刊Journal of Biological Chemistry
在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所王恩多研究组的最新研究成果:C-terminal
domain of leucyl-tRNA synthetase from pathogenic Candida albicans
recognizes both tRNASer and tRNALeu

图:AcP和CobB通过调控aaRS的乙酰化和去乙酰化修饰调节它的氨基酰化活力。一定的生理条件下AcP通过上调aaRS的乙酰化水平,关闭酶活性;而乙酰化修饰可通过CobB的去乙酰化使aaRS恢复活性。

C-末端结构域3个关键赖氨酸影响酶与tRNA的结合

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在研究员王恩多和副研究员周小龙的指导下,博士研究生纪泉泉等人发现,CaLeuRS的CTD在识别CatRNASer和CatRNALeu中发挥至关重要的作用。截去C-末端的5个氨基酸残基(Glu1097,Val1096,Asn1095,Lys1094和Ile1093),CaLeuRS完全丧失氨基酰化活力。他们进一步鉴定出CTD中三个关键的赖氨酸残基(Lys938,Lys941和Lys1007),在亮氨酰化CatRNASer和CatRNALeu过程中它们协同发挥重要作用;还借助凝胶迁移实验发现其两点或三点的突变都会影响酶与tRNA的结合;研究结果在酵母larS基因敲除菌株中也得到验证。该项研究扩展了人们对白色念珠菌细胞质中CTG密码子模糊性机制的研究,同时丰富了人们对于真核LeuRS识别tRNALeu机制的认识。

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该项研究获得国家基础研究基金、国家自然科学基金、中科院、上海市科委等的经费资助;数据收集工作得到生化与细胞所公共技术服务中心的支持。

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