鏈霉菌亮氨酰tRNA合成酶識別兩類亮氨酸tRNA的分子機理

　　國際學術期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）在線發表了中國科學院分子細胞科學卓越創新中心/生物化學與細胞生物學研究所王恩多研究組的最新研究成果：LeuRS can leucylate type I and type II tRNALeus in Streptomyces coelicolor。

　　tRNA根據可變環的大小分為兩類，長的為I類、短的為II類。亮氨酰-tRNA合成酶（LeuRS）催化tRNALeu的亮氨酰化，生成的亮氨酰-tRNA為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，在天藍色鏈霉菌中的基因組中，只有一種LeuRS（ScoLeuRS）基因，卻存在兩類tRNALeu（ScotRNALeu）的基因。天藍色鏈霉菌屬于最高等的放線菌，具有次生代謝過程，能產生包括抗生素在內的多種次生代謝產物。以往的研究表明ScotRNALeu的翻譯功能與天藍色鏈霉菌的次生代謝產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。

　　在王恩多的指導下，博士研究生范佳奕等人純化了ScoLeuRS和I類ScotRNALeu(CAA)與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的傳統辨別子A73不同，它不識別A73，而識別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為重要，而I類ScotRNALeu(CAA)中的這三個堿基對并不重要；(4) ScoLeuRS的LSD結構域賦予ScoLeuRS獨特的亮氨酰化兩類ScotRNALeu的能力，鑒定了與此有關的關鍵氨基酸殘基。另外，他們通過體內實驗發現II類ScotRNALeu(UAA)的亮氨酰化水平與天藍色鏈霉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。

　　該工作得到國家自然科學基金委員會和中科院先導項目的資助。