真核生物细胞质苏氨酰-tRNA合成酶的功能研究

Aminoacyl-tRNA synthetase (AaRS) is responsible for aminoacylation reaction. AaRS should recognize its cognate aa accurately; otherwise, the mis-charged tRNA would lead to cellular dysfunction. Therefore, an editing mechanism is evolved to clear the non-cognate aa from mis-activation. Both aminoacylation and editing are crucial for the normal metabolism of the organism. Only one threonyl-tRNA synthetase (ThrRS) is present in the cytoplasm of lower eukaryotes; while interestingly, two ThrRSs (ThrRS and ThrRS-L) in that of higher eukaryotes. ThrRS-L gene is only present and conserved in higher eukaryotes, indicating that it functions in the pathways specific for higher eukaryotes. At present time, the mechanisms of aminoacylation and editing catalyzed by eukaryotic cytoplasmic ThrRSs are totally unclear. This project will focus on the aminoacylation and editing mechanisms of S. cerevisiae cytoplasmic ThrRS (ScThrRS) and two human cytoplasmic ThrRSs (hcThrRS and hcThrRS-L), clarify gene expression pattern of hcThrRS and hcThrRS-L genes, and explore the potential non-canonical function of hcThrRS-L.

氨基酰-tRNA合成酶(AaRS)负责催化氨基酰化反应。AaRS必须精确地识别对应的氨基酸；如果识别错误，会生成误氨基酰化-tRNA，导致细胞病变。因此，AaRS进化出编校功能以去除误活化的非对应氨基酸。氨基酰化与编校反应对于机体的正常代谢具有至关重要的意义。低等真核生物胞质存在一种苏氨酰-tRNA合成酶(ThrRS); 而高等真核生物胞质中，却存在两种ThrRS(ThrRS，ThrRS-L)。ThrRS-L基因只在高等真核生物中存在与保守，暗示了其可能参与了高等真核生物特有的代谢途径。目前对于真核生物细胞质来源的ThrRS所催化的氨基酰化与编校反应的机理研究尚处于空白阶段。本项目将运用体外与体内实验手段，重点研究酿酒酵母胞质ThrRS以及人胞质ThrRS与ThrRS-L介导的氨基酰化及编校反应的机理，探索人胞质ThrRS与ThrRS-L基因表达模式以及ThrRS-L可能发挥的非经典功能。

蛋白质的生物合成是细胞内最为复杂和重要的系统工程之一。蛋白质生物合成的第一步是氨基酰-tRNA合成酶（aaRS）催化相应tRNA与氨基酸之间的酯化反应，也称为tRNA的氨基酰化反应,通常该反应由第一步氨基酸活化反应和第二步氨基酰化反应组成。其产物氨基酰-tRNA是蛋白质合成的原料，在核糖体上按照mRNA的序列催化生成蛋白质。20种aaRS 按结构和tRNA的氨基酰化部位可以分为2大类，每类10种aaRS，它们的催化反应是生物合成的限速步骤，对蛋白质合成进行质量控制，直接影响着新生多肽链的功能，进而影响细胞的生物学特性。.在面上项目31270852支持下，我们阐明了真核生物蛋白质合成过程中，防止苏氨酸(Thr)密码子上误掺丝氨酸(Ser)的调控机制；研究阐明了带有遗传密码紊乱性的病原菌亮氨酰-tRNA合成酶采取的氨基酰化和翻译的质量控制策略；研究了嗜盐菌中两种共存的细菌来源LeuRS以古菌方式识别tRNALeu；从tRNA准确氨基酰化的角度总结了蛋白质生物合成质量控制的各种机理。以第一作者发表Nucleic Acids Research研究论文2篇，以通讯作者发表Nucleic Acids Research研究论文1篇；Sci. China Life Sci.特邀综述1篇。