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科研進展

 

王恩多研究組揭示天藍色鏈黴菌亮氨酰-tRNA合成酶識別兩類亮氨酸tRNA的分子機理

        5月22日,国际学术期刊Nucleic Acids Research在线发表了中國科學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:“LeuRS can leucylate type I and type II tRNALeus in Streptomyces coelicolor”(https://doi.org/10.1093/nar/gkz443)。

        tRNA根据可变环的大小分为两类,长的为I类、短的为II类。亮氨酰-tRNA合成酶(LeuRS)催化tRNALeu的亮氨酰化,生成的亮氨酰-tRNA爲蛋白質生物合成的原料。通常,兩類tRNALeu由各自的LeuRS催化氨基酰化。但是,在天藍色鏈黴菌中的基因組中,只有一種LeuRS(ScoLeuRS)基因,卻存在兩類tRNALeuScotRNALeu)的基因。天藍色鏈黴菌屬于最高等的放線菌,具有次生代謝過程,能産生包括抗生素在內的多種次生代謝産物。以往的研究表明ScotRNALeu的翻譯功能與天藍色鏈黴菌的次生代謝産生抗生素過程直接相關。因此,ScotRNALeu的氨基酰化過程對于抗生素合成有重要意義。

        在王恩多研究員的指導下,博士研究生範佳奕等人純化了ScoLeuRS和I類ScotRNALeu(CAA)和II類ScotRNALeu等受體的代表ScotRNALeu(UAA)。他們用酶學動力學研究證明ScoLeuRS能夠亮氨酰化兩類ScotRNALeu,對II類ScotRNALeu(UAA)具有更高的催化效率。他們通過大量系統的生物化學實驗闡明了ScoLeuRS識別兩類ScotRNALeu的分子機制。他們發現:(1) ScoLeuRS與以前報道的LeuRS識別tRNALeu的传统辨别子A73不同,它不识别A73,而识别C74; (2) ScotRNALeu可變環的個數而不是堿基類型與ScoLeuRS識別有關;(3) ScoLeuRS識別兩類ScotRNALeu的不同處在于tRNA三級結構拐肘結構的三個堿基對,II類ScotRNALeu(UAA)的三對三級結構堿基對對它的氨基酰化極爲重要,而I類ScotRNALeu(CAA)中的這三個堿基對並不重要;(4) ScoLeuRS的LSD結構域賦予ScoLeuRS獨特的亮氨酰化兩類ScotRNALeu的能力, 鉴定了与此有关的关键氨基酸残基。另外,他们通过体内实验发现II类ScotRNALeu(UAA)的亮氨酰化水平與天藍色鏈黴菌的抗生素合成呈正相關。他們的研究揭示了一種稀有的LeuRS識別tRNALeu的新機制。

        该工作得到国家自然科学基金委员会和中國科學院先导项目的资助。

天藍色鏈黴菌體內回補實驗結果證明ScotRNALeu(UAA)的亮氨酰化水平與天藍色鏈黴菌的抗生素合成正相關

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