氨基酰-tRNA合成酶结构与功能

氨基酰－ｔＲＮＡ合成酶结构与功能严世荣综述肖瑛审校（郧阳医学院生化教研室十堰４４２０００）氨基酰－ｔＲＮＡ合成酶（ａｍｉｎｏａｃｙｌ－ｔＲＮＡｓｙｎｔｈｅｔａｓｅ，ａａＲＳ）是有机体最早出现的一类蛋白质，该类酶对蛋白质的生物合成起着关键作用。它们将...

异亮氨酰-tRNA合成酶基因变异的研究进展

异亮氨酰-t RNA合成酶(IARS)催化异亮氨酸和特异t RNA结合并调控蛋白质合成,还可以调节细胞内的信号传导通路并参与细胞内的代谢过程。在动物和人体中IARS基因变异均十分少见,其变异后导致的IARS缺乏是一种罕见的常染色体隐性遗传病,会出现严重的发育迟缓,智力发育受损,肌张力低下和肝功能异常等多系统病变,且IARS基因变异后的特定氨基酸治疗也成为当下的研究热点。本文对该领域的研究进展进行综述,以期总结归纳IARS基因变异后的相关表型,阐明基因型与表型的关联及可能的发病机制,对其病因学研究提供参考。

哺乳动物氨基酰-tRNA合成酶的研究

1氨基酰-tRNA合成酶及哺乳动物细胞中氨基酰tRNA合成酶的特点 1.1氨基酰-tRNA合成酶催化的反应 氨基酰-tRNA合成酶家族（aaRS）参与生物体中的遗传解码过程.它们催化氨基酸与其对应的tRNA之间的酯化反应,生成氨基酰-tRNA参与蛋白质的生物合成,它反应的专一性确保了蛋白质生物合成的精确性.氨基酸与其对应的tRNA之间的反应发生在tRNA的3＇-末端腺苷酸核糖的2＇或3＇羟基上.根据aaRS一级序列中的特征结构花式（motifs）以及催化功能域拓扑结构,aaRS被分为两类.每类有10种aaRS.本文用氨基酸单字符或三字符后缀RS代表专一于某一氨基酸的氨基酰-tRNA合成酶.

氨基酰-tRNA合成酶与神经退行性疾病

氨基酰-tRNA合成酶催化tRNA的氨基酰化反应为生物体内的蛋白质合成提供原料.这类古老且保守的蛋白质分子在高等生物复杂的细胞分子网络中分化出的新功能是目前人们关注的焦点.近期在对一些患有神经退行性疾病的病人和小鼠模型的研究中发现,位于酪氨酰-tRNA合成酶、甘氨酰-tRNA合成酶和丙氨酰-tRNA合成酶上的突变,可分别导致DI腓骨肌萎缩症(Charcot-Marie-Toothdisease,CMT)C型,腓骨肌萎缩症2D型及小脑浦肯雅(Purkinje)细胞丢失.初步的致病机理研究表明,致病突变对这3种酶的影响各不相同:酪氨酰-tRNA合成酶的氨基酰化催化能力受到影响,甘氨酰-tRNA合成酶受影响的可能是一种未知的新功能,而丙氨酰-tRNA合成酶受影响的则是它的编校功能.这些研究结果揭示了氨基酰-tRNA合成酶涉及神经退行性疾病的广泛性和其机制的复杂性,并将促进对神经退行性疾病这一类常见疾病的病理和治疗方法的研究.

与人类疾病相关的几种线粒体氨基酰-tRNA合成酶

氨基酰-tRNA合成酶是一类古老的蛋白质,催化蛋白质生物合成中的第一步反应.已经发现氨基酰-tRNA合成酶还参与大量的其他生命过程,如编校、tRNA的成熟与转运、RNA的剪切、细胞因子等功能.最近的研究结果表明,线粒体氨基酰-tRNA合成酶与人类的疾病密切相关.人线粒体精氨酰-tRNA合成酶基因2号内含子中的一个单点突变导致该基因的转录本被异常剪接,造成脑桥小脑发育不全.人线粒体天冬氨酰-tRNA合成酶基因上的一系列突变致使其mRNA被快速降解或者蛋白质氨基酸一级结构的改变,导致脑干脊髓白质病变及乳糖增高症.人线粒体亮氨酰-tRNA合成酶基因的一个单核苷酸多态性与2型糖尿病密切相关.这些研究结果进一步增强了我们对于氨基酰-tRNA合成酶的生物学功能的认识,并将促进对由线粒体氨基酰-tRNA合成酶所引起线粒体病的致病机理以及治疗方法的研究.

两种具有调节血管生成作用的氨基酰-tRNA合成酶

氨基酰 tRNA合成酶是生物体内蛋白质合成过程中的一类关键酶 ,它催化体内tRNA的氨基酰化反应 .作为一类古老的蛋白质 ,氨基酰 tRNA合成酶在其漫长的进化过程中 ,通过其他结构域的插入或融合逐渐演化出许多新的功能 .最近的研究结果表明 ,人酪氨酰 tRNA合成酶的片段具有促进血管生成的功能 ,而人色氨酰 tRNA合成酶的片段则具有抑制血管生长的功能 .在哺乳动物细胞中 ,蛋白质的生物合成途径与细胞信号转导途径紧密相连 .今后 ,随着对氨基酰 tRNA合成酶研究的不断深入 。

哺乳动物氨基酰-tRNA合成酶复合物中三个辅助因子在分子信号网络中的重要作用

氨基酰-tRNA合成酶是一类古老而保守的蛋白质,它们催化蛋白质生物合成的第一步反应.哺乳动物细胞内存在一个由8种氨基酰-tRNA合成酶和3种辅助因子组成的氨基酰-tRNA合成酶复合物.近年来,陆续发现该复合物中的3个辅助因子p43、p38和p18在复合物外的多种生命活动中扮演着重要角色:辅助因子p43是细胞因子内皮单核细胞激活肽Ⅱ的前体,参与了血管生成和细胞凋亡等许多生命过程;辅助因子p38在肺部发育中至关重要,同时它在神经细胞中的不正确积累可能与帕金森病有关.更有趣的是,辅助因子p38和p18可以在时空上高度有序地通过不同的通路参与细胞对DNA损伤的修复.这些研究增加了对于氨基酰-tRNA合成酶和细胞内大分子信号网络之间关系的认识,并将促进对该领域的研究与发展.

氨基酰-tRNA合成酶及其与相关tRNA的相互作用研究

氨基酰tRNA合成酶是生物体蛋白质合成过程中的一类关键酶 ,对它的研究具有重要的生物学意义和应用前景。该项目系统研究了大肠杆菌亮氨酰 和精氨酰 tRNA合成酶及其与相关tR NA的相互作用。用酶和tRNA的基因克隆和高表达 ,tRNA体外转录 ,基因定点突变 ,酶片段的体外重组等手段研究了酶与tRNA的相互作用的结构基础 ,得到一系列重要结果。

氨基酰-tRNA合成酶编校相关的生理、病理效应和药物设计

氨基酰-tRNA合成酶(aaRS)催化tRNA的氨基酰化反应,为生物体内蛋白质合成提供原料。许多aaRS为保持蛋白质翻译的精确性,在进化的选择压力下产生了编校功能。近年来,人们越来越多关注aaRS编校功能同人类健康之间的关系。在过去的几年中,对于aaRS编校功能缺陷在细胞内的生理效应,与疾病发生的关系和以编校活性位点作为药靶设计、开发新型抗生素的研究中取得了重要的进展。

一种现存的氨基酰-tRNA合成酶（AaLeuRS）具有祖先编校特性

近期，中科院上海生科院生化与细胞所王恩多研究组在RNA杂志公布了最新研究发现：一种现存的具有祖先编校特性的氨基酰-tRNA合成酶，揭示了AaLeuRS可能有着比IleRS及ValRS更为原始的编校特性，其编校结构域可能保留了三种酶共同的祖先编校结构域，该发现为研究氨基酰-tRNA合成酶催化特异性进化提供了的重要线索。

谷氨酰—脯氨酰-tRNA合成酶基因多态性与牛氨基酸和脂肪酸组成的关联分析

利用PCR-SSCP技术检测延边黄牛群体104个个体的谷氨酰—脯氨酰-tRNA合成酶基因多态性,并分析不同基因型个体背最长肌中氨基酸和脂肪酸含量的差异。结果表明:在延边黄牛群体中,共检测到3种谷氨酰—脯氨酰-tRNA合成酶基因型,分别命名为AA型、BB型、AB型,其基因型频率分别为28%、25%、47%;在谷氨酰—脯氨酰-tRNA合成酶基因4746 bp处发现C→T突变;AB型个体背最长肌的谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸含量显著高于AA型和BB型个体(P<0.05),组氨酸含量显著高于AA型个体(P<0.05);AB型个体背最长肌的棕榈油酸和油酸含量显著高于AA型和BB型个体(P<0.05)。研究结果为牛肉品质性状的遗传标记选择提供了理论依据。

T超嗜热菌Aquifex aeolicus亮氨酰-tRNA合成酶和tRNA^(Leu)的相互作用(英文)

超嗜热菌Aquifexaeolicus亮氨酰-tRNA合成酶(αβ-LeuRS)是已知的唯一的双肽链LeuRS.通过αβ-LeuRS和大肠杆菌LeuRS相应肽段的重组和重组酶性质的研究发现,αβ-LeuRS的α亚基C末端36个氨基酸对于αβ-LeuRS的氨基酰化活力至关重要.αβ-LeuRS的两个亚基人为融合得到的单亚基酶SLeuRS-αβ,具有完全的野生型双亚基酶活力,其热稳定性显著增强.同时,通过亚基重组揭示了LeuRS对于不同种属的tRNALeu的识别元件位于α亚基内,而其中的CP1结构域不仅是LeuRS行使编校功能的结构基础,对于LeuRS识别不同种属来源的tRNALeu也是十分重要的.通过不同来源的LeuRS一级结构比较,克隆了单独的CP1结构域组成的肽(CP1),发现唯有A.aeolicusαβ-LeuRS的CP1对错误的氨基酰化产物具有体外编校功能.它与其他3种来源于细菌LeuRS的CP1都能够编校误氨基酰化的古老形式的亮氨酸小螺旋(minihelixLeu).通过同源序列比较发现,在αβ-LeuRS的CP1内存在一个由20个氨基酸组成的特异的结构模体,它对CP1发挥体外编校功能必不可少,引入原本不具有体外编校功能的E.coli的CP1后则可使其获得编校功能,但是该模体不影响全酶的编校功能.αβ-LeuRS中与tRNA结合有关的亚基——β亚基也可以赋予E.coliCP1编校功能.这些研究结果充分表明,来源于古老的超嗜热菌A.aeolicus的αβ-LeuRS保留了进化的遗迹——具有编校活力的CP1和与其编校功能密切相关的由20个氨基酸组成的特异的结构模体,它们在进化过程中随着其他结构域招募进合成酶中而逐渐失去了对全酶编校功能的作用.这一发现有力地支持了aaRS通过纳入新的结构域以加速进化过程的理论,并且也从不同角度为aaRS/tRNA共进化理论提供了可靠的依据.

含靶向和造影双功能基的PEO的合成

用-4胺基-N-2(-嘧啶)苯磺酰胺钠(磺胺嘧啶钠)作引发剂,引发环氧乙烷(EO)开环聚合,反应在非均相中进行,用自制的3,5-二-(N乙酰氨基)-2,4,6-三碘苯甲酰氯(泛影酰氯)作封端剂封端该反应,合成了含有靶向和造影双功能基团的聚环氧乙烷(PEO)大分子,反应在80℃下约需96h完成,产率为87%～90%。用IR、1HNMR、UV测试技术对聚合产物进行了表征,用VPO和GPC测定了聚合物的分子量及分子量分布。通过改变引发剂的用量可调节PEO的聚合度,得到不同分子量的PEO产物,引发剂用量较少时,产物的均匀性变好。所得产物的分子量范围为2692～11040,分子量分布的范围为1.195～1.704。不同分子量的PEO分子中靶向功能基含量的范围为2.13%～8.98%,造影功能基含量的范围为5.25%～21.72%。室温下的溶解度测试表明,产物易溶于水和DMSO、DMF、THF、氯仿、乙醇、吡啶、苯、甲苯、丙酮等溶剂。

氨酰tRNA合成酶专一性识别的进化

氨酰 tRNA合成酶 (AARS)是一类在蛋白质合成过程中起着重要作用的酶 ,它通过与tRNA及其相应氨基酸的专一性识别作用 ,使得基因序列能够被精确地翻译成蛋白质序列 .然而 ,氨酰 tRNA合成酶的这种识别作用既有专一性 ,也具有“兼容性” .氨酰 tRNA合成酶的这种双重性质不仅与其结构的进化有关 ,而且还与其所处的各类生物的不同进化阶段有关 .AARS似乎经历了一个由“模糊专一性” (多重专一性 )到“精确专一性”(单一专一性 )

新发现的氨基酰-tRNA合成酶的非经典功能

氨基酰-tRNA合成酶（aminoacyl-tRNAsynthetase,aaRS）家族是进化上极为古老的酶类,广泛存在于生物体中,参与生物体内的遗传解码过程。它们负责催化氨基酸与其对应tRNA之间的酯化反应生成氨基酰-tRNA,

氨基酰-tRNA合成酶的胞外功能

氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase,aaRS)的经典功能是为蛋白质的生物合成提供原料。越来越多的证据表明,多种aaRS可以分泌到细胞外,以细胞分子的形式调控细胞乃至生物体的功能,参与和影响某些疾病的发生。分泌型aaRS的功能形式存在三种:全长形式、水解后的短形式和疾病相关突变体。分泌型aaRS可以调控多种靶细胞,包括内皮细胞、免疫细胞和神经细胞。随着研究的不断深入,将丰富人们对aaRS分泌过程、功能机制和在人类疾病中的潜在作用的认识。拟从氨基酰-tRNA合成酶作为胞外细胞分子的角度,简要介绍已报道的分泌型aaRS,其参与调节靶细胞的机制以及影响疾病发生的机理。

氨基酰-tRNA合成酶编校功能缺陷引发的疾病

氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase,aa RS)负责催化氨基酸与对应的tRNA生成氨基酰-tRNA,参与蛋白质的生物合成。aaRS除可以活化其对应的氨基酸外,也可误活化一些与对应氨基酸相似的非对应氨基酸。基于此,aaRS进化出一种编校功能,可以水解误活化或误氨基酰化的氨基酸,保证翻译的正确进行。一旦某种特定的aaRS的编校功能受损,会导致非对应氨基酸误掺入蛋白质,引起蛋白质误折叠。细胞通过上调热休克蛋白来帮助误折叠蛋白质重折叠。误折叠的蛋白质可能会聚集,引起ER应激,或通过泛素化-蛋白酶体途径降解。若超过细胞修复功能所能承受的范围,细胞会凋亡,对于多细胞生物来说,可能会引起一系列疾病,而对于单细胞生物来说,生长会受到抑制,严重的会直接死亡。

谷氨酰-脯氨酰-tRNA合成酶(EPRS)结构与功能的新认识

氨基酰-tRNA合成酶(ARS)催化特异的氨基酸结合到对应tRNA上,确保mRNA高精度地翻译为蛋白质。最近陆续报道ARS同时也在细胞基本生命活动如RNA运输、转录、翻译、免疫反应以及血管生成中充当重要的调节分子和活性成分。目前报道谷氨酰-脯氨酰-tRNA合成酶(EPRS)在具有催化谷氨酸和脯氨酸分别结合到不同tRNA上的功能之外,还可通过基因选择性沉默机制阻遏血浆铜蓝蛋白的表达,从而终止炎症反应等。本文就该酶结构与功能的研究新进展进行综述,并对其进行分子进化分析。

γ-干扰素诱导人甲状腺细胞产生吲哚胺2,3-双加氧酶和色氨酰-tRNA合成酶

目的 探讨γ-干扰素（interferon-γ,IFN-γ）对甲状腺细胞内吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO）和色氨酰-tRNA合成酶（TTS）表达的影响及其在Graves病中的免疫病理意义.方法 采用实时荧光定量PCR技术,检测经IFN-γ刺激后甲状腺细胞系Nthy-ori3-1和人甲状腺原代细胞内IDO和TTS mRNA表达情况,及甲状腺组织内IDO和TTS mRNA表达.结果 人甲状腺细胞系Nthy-ori3-1和人甲状腺原代细胞均可低表达IDO和TTS,经IFN-γ刺激后IDO和TTS mRNA量显著增加（P＜0.01）;Graves病患者甲状腺组织高表达TTS,较对照组有统计学差异（P=0.018 2）,IDO mRNA水平与对照组相比无明显统计学差异,但与IFN-y mRNA水平呈显著相关性（R2=0.716,P=0.002）.结论 Graves病发病早期,甲状腺细胞可能通过IFN-y上调IDO,TTS的表达,降解局部色氨酸,抑制自身反应性淋巴细胞功能,平衡过度的自身免疫反应.