上海生科院發現蘇氨酰tRNA合成酶具有tRNA等的編校特性

　　11月20日，國際學術期刊Nucleic Acids Research（《核酸研究》）在線發表了中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所王恩多研究組題為A minimalist mitochondrial threonyl-tRNA synthetase exhibits tRNA-isoacceptor specificity during proofreading 的最新研究成果。

　　氨基酰-tRNA合成酶(aaRS)催化蛋白質合成的第一步反應——氨基酸的活化反應，負責為蛋白質翻譯提供正確的翻譯原料，aaRS催化反應的速率(氨基酰化反應)和精確性(編校反應)調控整個翻譯過程的效率和保真性。

　　絕大多數生物的線粒體中，同時包含解碼亮氨酸密碼子CUN (N: A, C, G, T)的tRNALeu(CUN)、UUR (R：A，G)密碼子的tRNALeu(UUR)以及解碼蘇氨酸密碼子ACN的tRNAThr2；而在極少數酵母線粒體中，tRNALeu(CUN)基因消失了，進化出了一個獨特的tRNAThr(CUN)(tRNAThr1)，該tRNA具有2個限制特征：1) 該tRNA在反密碼環第32位以及第33位插入了一個額外的U，因此，具有8個核苷酸的反密碼環, 這是目前發現的非常特異的反密碼環；2)該tRNA將CUN密碼子編碼為Thr而非Leu。此外，催化tRNAThr1以及tRNAThr2氨基酰化的aaRS—蘇氨酰-tRNA合成酶(ScmtThrRS)在進化過程中丟失了編校結構域，只保留了氨基酰化結構域和tRNA結合結構域。因此，釀酒酵母線粒體內ThrRS/tRNAThr (ScmtThrRS)相互作用系統是進化過程中產生的非常獨特的相互作用系統，關于其識別tRNAThr1的方式以及介導的翻譯過程中的質量控制機理，盡管經過廣泛研究，但卻并不清楚。

　　王恩多研究組的副研究員周小龍等最新研究發現，ScmtThrRS可以誤活化Thr的類似物Ser，tRNAThr2可以顯著地促進ScmtThrRS的依賴tRNA的轉移前編校；有趣的是，tRNAThr1卻不具有該功能，因此，ScmtThrRS是至今第一次發現的具有tRNA等受體特異性編校的aaRS。研究組進一步研究了ScmtThrRS在氨基酰化以及編校反應中識別tRNAThr1，tRNAThr2的識別方式以及編校機理。此外，利用構建的釀酒酵母ScmtThrRS基因敲除株在體內研究發現，ScmtThrRS的氨基酰化結構域和tRNA結合結構域協同進化來識別特有的具有8個反密碼環的tRNAThr1。這些研究結果確鑿地說明，依賴tRNA的轉移前編校發生在氨基酰化結構域，為闡明本領域的這一爭論性問題提供了新證據與新視角。

　　該工作得到了國家基礎研究基金、國家自然科學基金、中科院和上海市科委的資助。

示意圖：該研究中涉及的tRNA及其釀酒酵母ThrRS。A．釀酒酵母線粒體tRNAThr1, tRNAThr2, tRNALeu(UUR)以及裂殖酵母線粒體tRNALeu(CUN)的二級結構圖；B. 釀酒酵母細胞質ThrRS (SccytThrRS)及線粒體ThrRS (ScmtThrRS)的結構域構成。2種ThrRS的氨基酰化結構域以及C端tRNA結合結構域分別用黑色或灰色表示。