色氨酰tRNA合成酶起源问题研究获重要进展

上海生科院生物化学与细胞生物学所丁建平研究组博士生董成池和周曼昀等人解析了首个来源于古细菌的色氨酰tRNA合成酶的晶体结构，并利用该结构进行了基于结构的进化分析。该研究首次包含了分别代表生物界三界（真细菌、古细菌和真核生物）的生物体的色氨酰和酪氨酰tRNA合成酶的晶体结构，

色氨酰tRNA合成酶对淋巴瘤小鼠细胞增殖的影响

目的①探索非霍奇金淋巴瘤(NHL)动物模型建模方法;②探讨吲哚胺2,3双加氧酶(IDO)及色氨酰tRNA合成酶(TTS)参与的色氨酸代谢紊乱与NHL细胞增殖及NHL免疫耐受的相关性。方法将近交系BALB/c小鼠随机分为对照组(4只)、肿瘤组(8只)和治疗组(8只),以鼠源性NHL细胞株A20皮下注射(5×106个/只)建立NHL动物模型,瘤旁及瘤内注射IDO抑制剂1-甲基色氨酸(1-MT),并采用免疫组化SP法和Western blot技术检测肿瘤组织和淋巴结中TTS的表达水平。结果①BALB/c小鼠皮下接种A20细胞建立淋巴瘤动物模型,成瘤率高,小鼠死亡率低,伴有明显的淋巴结和脾脏转移;②免疫组化示肿瘤组织及转移淋巴结TTS表达均升高(P<0.05);③Western blot结果显示,与正常对照比较,肿瘤组及治疗组小鼠肿瘤组织TTS表达明显升高(P<0.001);与肿瘤组相比,治疗组TTS表达水平显著下降(P<0.01),肿瘤转移淋巴结TTS表达无变化(P>0.05)。结论 IDO诱导的低色氨酸微环境中,TTS表达上调是肿瘤细胞对抗IDO诱导的色氨酸耗竭、维持自身代谢过程的重要机制之一。1-MT对色氨酸代谢活性及表达水平的调控有望成为辅助治疗恶性肿瘤的新方向。

人源色氨酰tRNA合成酶H130R突变体的酶活和初步晶体学分析（英文）

色氨酰t RNA合成酶(tryptophanyl-t RNA synthetase,Trp RS)催化色氨酸的活化及其特异性t RNA的氨酰化,为蛋白质合成提供原料。在IFN-γ刺激下,人源细胞中的Trp RS通过结合血红素增强其氨酰化活性,以调节吲哚胺2,3-双加氧酶表达水平增高所引起的色氨酸缺失。体外研究发现,锌离子和血红素竞争性结合人源Trp RS以增强其氨酰化活性。然而,由于一个氨基酸位点H130R的突变,牛和鼠的Trp RS以及人的H130R突变体都不再受锌离子和血红素的影响,并具有高氨酰化活性。H130R Trp RS模拟了一种结合着锌离子或血红素的高活性构象,但目前还没有对这种构象的结构描述。为了阐明H130R决定Trp RS氨酰化活性种属特异性的原因,以及锌离子和血红素的结合位点,作者对人H130R Trp RS进行了活性分析和初步晶体学研究,此工作将为锌离子和血红素调节Trp RS氨酰化活性的机制研究奠定基础。

氨酰tRNA合成酶非经典作用的研究进展

氨酰tRNA合成酶(ARS)是一类在进化上高度保守且在生物体内广泛表达的必须酶,能将特定的氨基酸连接到同源tRNA,确保遗传信息的正确稳定传递。多种ARS通过蛋白质相互作用形成多tRNA合成酶复合物(MSC)。除了经典的催化合成作用,ARS还参与调控多种生物过程,如细胞凋亡、自噬、细胞衰老、血管生成等。为了更深入了解ARS的功能,该文对ARS的非经典作用进行综述。

诱导条件对人线粒体色氨酰-tRNA合成酶表达的影响

目的优化人线粒体色氨酰-tRNA合成酶(hmtTrpRS)的表达条件。方法构建表达载体pET-24a(+)-hmtTrpRS,转化到大肠杆菌BL21-CodonPlus(DE3)-RIL中。分析异丙基硫代β-D-半乳糖苷(IPTG)诱导浓度、诱导时间和诱导温度对hmtTrpRS表达的影响。结果确定IPTG浓度为0.1 mmol/L,30℃诱导4 h,为诱导蛋白表达较合适条件。同时利用特异性的Ni亲和柱色谱纯化了目的蛋白。结论获得较合适的表达条件,并纯化得到较高纯度的hmtTr-pRS,为以后该酶结构、功能的研究奠定了基础。

嗜热脂肪芽胞杆菌色氨酰-tRNA合成酶BsTrpRS的表达、纯化及其与创新霉素复合物的单晶制备和X-射线衍射分析

目的获得来源于嗜热脂肪芽胞杆菌色氨酰-tRNA合成酶(BsTrpRS)与创新霉素复合物的晶体结构,为创新霉素的理性设计提供结构基础。方法利用大肠杆菌表达系统异源表达获得BsTrpRS可溶性表达,采用亲和层析色谱、离子交换色谱和分子排阻色谱纯化目的蛋白,以期获得纯度在90%以上的BsTrpRS,通过等温滴定量热法检测BsTrpRS与创新霉素的亲和力。选用悬滴-水蒸汽扩散法筛选蛋白质结晶条件,通过优化结晶条件获得高质量晶体,利用上海光源蛋白质晶体学光束线站收集X-ray衍射数据。结果运用分子生物学方法成功构建含bstrprs基因的重组质粒,转化BL21(DE3)得到重组表达菌株。运用亲和层析、离子交换色谱和分子排阻色谱等蛋白纯化技术,获得高纯度BsTrpRS蛋白。利用ITC技术确证创新霉素与BsTrpRS之间亲和力为3.2μmol/L。通过晶体筛选优化,最佳结晶条件为1.8 mol/L K_(2)HPO_(4),pH 7.6,37℃,0.75%(v/v)1,3-丙二醇,最终获得X-ray衍射分辨率为2.06A的BsTrpRS/创新霉素二元复合物晶体,其晶胞参数为a=91.675A,b=91.675A,c=152.37A,α=90.000°,β=90.000°,γ=120.000°,晶体的马修斯系数为2.48A^(3)/Da,最小非对称单位内含有2个蛋白分子,溶剂百分比为50.46%。结论创新霉素与BsTrpRS复合物晶体结构的获得,有望对创新霉素小分子结构优化及设计提供指导方向及重要依据。

氨酰tRNA合成酶的分子网络和功能

氨酰tRNA合成酶是生命进化过程中最早出现的一类蛋白质 ,氨酰tRNA合成酶帮助氨基酸转移到相应的tRNA上 ,进而参与蛋白质的合成保证了生命体的严谨性和多样性 .随着后基因组时代的到来 ,氨酰tRNA合成酶的结构和功能成为新的研究热点 .结构生物学和生物信息学的研究结果表明 ,氨酰tRNA合成酶在真核生物体内以多聚复合物的形式行使功能 ,形成复杂的分子网络体系 .最新的实验证据显示 ,氨酰tRNA合成酶不但是蛋白质合成过程中一类最重要的酶 ,而且参与了转录、翻译水平的调控、RNA剪接、信号传导和免疫应答等众多生命活动 .

氨酰-tRNA合成酶对tRNA的识别

氨酰 tRNA合成酶 (aaRS)与tRNA的相互作用保证了蛋白质生物合成的忠实性 .氨酰 tRNA合成酶对tRNA识别的专一性依赖于aaRS特定的催化结构域和tRNA分子特异的三级结构构象 .反密码子和接受茎 (包括 73位 )在大多数aaRS对tRNA分子的识别过程中起着关键作用 ,其他部位如可变口袋、可变 (茎 )环等 。

抗苏氨酰tRNA合成酶抗体阳性的抗合成酶综合征的临床特征

目的探讨抗苏氨酰tRNA合成酶(threonyl-tRNAsynthetase,PL-7)抗体阳性的抗合成酶综合征(antisyn-thetase syndrome,ASS)的临床、血清学和影像学特征。方法收集2010年8月至2011年12月间北京协和医院诊治的5例抗PL-7抗体阳性ASS住院患者的资料,总结其临床表现、实验室检查和影像学特征。结果 5例ASS患者均有肌炎和肺间质病变,发热4例,多关节炎2例,均未见雷诺现象和技工手。胞浆型抗核抗体阳性4例,抗Ro-52抗体阳性3例。肺功能检测提示限制性通气功能和/或弥散功能障碍。胸部高分辨CT显示双下肺网格影和磨玻璃影,伴牵拉性支气管扩张及散在实变影。大剂量糖皮质激素联合环磷酰胺和/或甲氨蝶呤治疗取得较好的临床效果。结论抗PL-7抗体阳性的ASS以肌炎和肺间质病变为突出特征,可伴发热和关节炎,对免疫抑制治疗反应较好。

重组结核分枝杆菌精氨酰tRNA合成酶活性验证及晶体生长

目的建立重组结核分枝杆菌ArgRS的制备方法,并验证重组蛋白的生物活性。方法将结核分枝杆菌ArgRS基因插入到pQE60质粒中,通过IPTG诱导表达重组蛋白,使用分子筛制备重组蛋白,并评价重组蛋白分子量。使用圆二色谱评价重组蛋白的折叠情况。通过Thermal Shift Assay进一步验证重组蛋白的生物活性。采用气相扩散法筛选晶体。结果使用pQE60载体获得了重组表达的ArgRS蛋白。凝胶过滤层析纯化重组蛋白并验证了其分子量与天然蛋白一致;Thermal Shift Assay证明重组蛋白的生物活性。使用气相扩散法获得结核分枝杆菌ArgRS分子晶体。结论成功制备出具有天然活性的重组结核分枝杆菌ArgRS蛋白,并获得蛋白质晶体。

5例抗丙氨酰tRNA合成酶抗体阳性患者临床特征

目的 探讨抗丙氨酰 tRNA 合成酶（alannyl tRNA synthetase，PL-12）抗体阳性的抗合成酶综合征（anti-synthetase syndrome，ASS）患者的临床特征。方法 分析2010年8月至2013年8月北京协和医院5例抗 PL-12抗体阳性 ASS 住院患者的临床表现、血清学结果和影像学改变。结果 5例抗 PL-12抗体阳性患者的基础疾病为皮肌炎2例，类风湿关节炎/干燥综合征、系统性硬化症和间质性肺炎各1例。5例患者均有肺间质病变，4例为首发和突出表现，胸部高分辨计算机断层扫描显示双下肺网格影和磨玻璃影为主；肺功能提示限制性通气功能和弥散功能障碍。典型皮肌炎皮损和技工手各2例，肌炎、关节炎、雷诺现象和发热各1例。胞浆型抗核抗体阳性4例，抗 Ro-52抗体阳性4例，抗 SSA 抗体阳性1例。5例患者中4例应用大剂量糖皮质激素（0．8～1．5 mg·kg ^-1·d^ -1）联合环磷酰胺（100 mg/d），1例还联用了甲氨蝶呤和环孢菌素 A，1例单独应用雷公藤多甙。治疗后3例患者病情好转，2例患者病情稳定。结论 抗 PL-12抗体与肺间质病变密切相关，而肌炎少见。

人线粒体亮氨酰tRNA合成酶的表达、纯化及其动力学研究(英文)

目的:构建含人线粒体亮氨酰tRNA合成酶(mtLeuRS)基因的重组表达载体,表达纯化mtLeuRS并检测其酶促动力学参数。方法:克隆mtLeuRS基因,构建入pET-24a(+)表达载体,转化大肠杆菌BL21-codonPlus(DE3)-RIL,经诱导产生带6-His标签的mtLeuRS融合蛋白,再经Ni2+亲和层析柱一步法纯化后用酶促反应检测其氨酰化活力。作为mtLeuRS酶促反应底物,人tRNALeu(UUR)由T7 RNA聚合酶体外转录生成。结果:经IPTG诱导,人mtLeuRS蛋白表达量约占细菌总蛋白量的1％～2％,1 L培养液的菌体内可收获约2 mg的纯化酶蛋白。通过体外转录生成的酶底物tRNALeu(UUR)可达转录模板的100倍。经酶促反应,人mtLeuRS可氨酰化人线粒体内tRNALeu(UUR)。反应的亲和常数(Km)为16.67μmol/L,催化常数(Kcat)为0.17s-1。结论:本实验成功克隆并表达了人mtLeuRS,并成功用于催化tRNALeu(UUR)的氨酰化。

结核分枝杆菌甲硫氨酰tRNA合成酶与底物及其类似物的结合比较

目的建立重组结核分枝杆菌甲硫氨酰tRNA合成酶(MetRS)的制备方法,分析底物及其类似物与重组蛋白的结合能力。方法将结核分枝杆菌MetRS(MtMetRS)基因置于不同启动子调控之下。通过表达筛选选择重组蛋白大量制备的条件,使用分子筛制备重组蛋白,并验证其分子量。使用Thermal Shift Assay比较MetRS底物及其类似物与重组结核分枝杆菌MetRS的结合能力。结果通过不同重组质粒的表达筛选,确定重组蛋白制备方法。Thermal Shift Assay分析提示甲硫基腺苷酸(methionyl-adenylate,MetAde)与焦磷酸同时存在时可以提高重组蛋白的热稳定性。结论成功制备出具有天然活性的重组MtMetRS蛋白;应以甲硫基腺苷酸和焦磷酸分子结构为方向,设计、筛选结核分枝杆菌MetRS抑制剂。

人类组氨酰TRNA合成酶类似物的原核表达及其多克隆抗体的制备

目的:在原核系统中表达并纯化人类组氨酰TRNA合成酶类似物蛋白,制备多克隆抗体。方法:设计引物扩增其开放阅读框,重组入原核表达载体PQE30,并在大肠杆菌M15中诱导表达;应用纯化的重组蛋白免疫新西兰大白兔。结果:①成功构建人类组氨酰TRNA合成酶类似物的原核表达载体;②经NI亲和层析获得纯度较高的重组蛋白;③制备了高滴度的兔抗人类组氨酰TRNA合成酶类似物蛋白的多克隆抗体。结论:原核表达载体的构建、重组蛋白的表达、纯化及多克隆抗体的制备为今后研究该蛋白的功能提供了良好的基础。

氨酰—tRNA合成酶的结构和功能研究

基于顺序分析及晶体结构研究,按照氨酰—tRNA合成酶的特征顺序和结构模体(motif)可将其分为两个主要的类别,对应着催化及底物结合域。

结核分枝杆菌甲硫氨酰tRNA合成酶的结晶方法

目的 制备结核分枝杆菌甲硫氨酰tRNA合成酶(Mt MetRS)晶体。方法 设计不同的重组Mt MetRS蛋白,使用大肠杆菌表达重组蛋白。坐滴气相扩散法在293 K温度下筛选不同重组蛋白的结晶条件,并使用悬滴法进行晶体优化。优化的晶体经液氮速冻保存。在上海同步辐射光源进行晶体衍射数据采集。结果 使用不同设计的重组蛋白进行结晶筛选和优化,最终获得了可以进行晶体衍射的高分辨率蛋白质晶体。并确定6×His序列在Mt MetRS分子的结晶中起到关键作用。结论 Mt MetRS分子两端的6×His序列是帮助Mt MetRS分子结晶的重要因素。

甘氨酰tRNA合成酶对奶牛乳腺上皮细胞增殖的影响

甘氨酰tRNA合成酶(glycyl-tRNA synthetase,GlyRS)是重要的氨基酰tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetases,aaRSs)家族成员。目前,国内外关于GlyRS在奶牛乳腺发育过程中表达及调节的研究鲜有报道。为了揭示GlyRS的表达与奶牛乳腺发育与泌乳之间的关系,本试验应用EdU免疫荧光法、流式细胞术检测GlyRS对奶牛乳腺上皮细胞(bovine mammary epithelial cells,BMEC)中DNA数目及细胞周期的影响,实时荧光定量PCR、Western blotting技术检测GlyRS对BMEC中Cyclin D1的表达影响。结果显示,GlyRS过表达时,细胞的DNA合成、处于S期和G2/M期的细胞数、细胞中Cyclin D1的表达均增加;GlyRS抑制后,细胞的DNA合成、处于S期和G2/M期的细胞数、细胞中Cyclin D1的表达均减少。表明GlyRS通过上调Cyclin D1的表达,加快细胞周期转换,增加DNA合成数目,从而促进BMEC增殖。

氨酰tRNA合成酶作用机制及其应用

氨酰tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetases,aaRSs)通过催化氨基酸与相应tRNA的氨酰化以保证遗传信息翻译的准确性,在生物体内具有重要作用。近年来,随着对aaRS催化机制理解的不断加深,aaRS的应用逐渐成为研究热点。在细菌中,aaRS活性被抑制后会导致其生命活动发生紊乱,根据aaRS在人体与病原菌内不同的催化特点设计针对病原体的特异性aaRS抑制剂,将有助于开发以aaRS为靶标的新型抗生素。另外,通过突变aaRS可以在蛋白质序列中定点掺入非天然氨基酸,扩展蛋白质工程。本文简述了aaRS的分类、结构与功能的特点,并在此基础上综述了aaRS在研发新型抑制剂,设计改造特殊蛋白质等方面的应用。

甘氨酰tRNA合成酶在小鼠围着床期子宫及蜕膜化过程的时空特异性表达

核编码的甘氨酰-tRNA合成酶(Glycyl-tRNA Synthetase, GlyRS)是细胞质和线粒体蛋白质翻译所必需的,GlyRS除了在蛋白翻译中的作用外,它还参与基因转录、炎症和细胞增殖等其他生物学过程。本研究从mRNA水平和蛋白水平检测了GlyRS在小鼠早期妊娠1~8 d模型、人工诱导蜕膜化模型和体外诱导人子宫内膜基质细胞蜕膜化模型中的表达规律。结果表明:GlyRS mRNA和蛋白在小鼠早期妊娠1~4 d的腔上皮和腺上皮中表达,在小鼠早期妊娠5~8 d主要在胚胎和蜕膜区表达;随着蜕膜化程度增加,表达量逐渐增加;在人工诱导蜕膜化模型中,诱导组GlyRS mRNA和蛋白表达情况类似,表达量均明显高于对照组。在体外诱导的人子宫内膜基质细胞蜕膜化模型中,诱导组GlyRS mRNA表达量随着诱导天数的增加而增加,均显著高于对照组。以上结果表明GlyRS参与小鼠早期妊娠及子宫蜕膜化的过程。

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。