亮氨酸tRNA第34位核苷酸 2'-O-甲基化修饰机理的研究

tRNAs play central roles in protein synthesis by transfer amino acids. Nucleotides in tRNA are often post-transcriptionally modified, which generally reinforces the tertiary structure of tRNA and accelerates its cellular function. Position 34 is the first wobble site in the anti-codon of tRNA, which is usually highly modified.Modifications at wobble nucleotide are essential to the precise recognition of anti-codon on tRNA to codon on mRNA, and lack of these modifications can cause some severe cellular deficiency in vivo. TrmL is one of the latest identified tRNA modification enzymes reported in 2010, which is responsible for the 2'-O-methylation at position 34 in two Leucine tRNA isoacceptors (CAA and UAA). TrmL belongs to the SAM-dependent SPOUT methyltransferase family. However, unlike the other SPOUT family members, TrmL is only comprised of a catalytic domain but lack of tRNA binding domain. In this proposal, we plan to study the mechanism of this special tRNA methyltransferase and try to solve the crystal structure of the complex of TrmL and tRNA. The mechanism study will illustrate the new catalytic mode of tRNA modification; In the meantime the structural study will uncover the unconventional inter-recognition mode between tRNA and its modification enzyme.

转移核糖核酸（transfer RNA, tRNA）是细胞中参与蛋白质合成的重要分子之一。tRNA上的核苷酸存在广泛修饰，这些修饰对于稳定tRNA的三级结构以及tRNA在细胞内发挥功能起着重要作用。 tRNA的第34位是反密码子上的第一位,为摇摆位点，该位核苷酸上存在众多修饰， 这些修饰对tRNA上反密码子与mRNA上密码子的精确识别很重要, 其修饰缺陷通常能引起细胞功能受损。TrmL是2010年被鉴定出来的催化两种亮氨酸tRNA等受体上第34位核苷酸2'-O-甲基化的修饰酶。TrmL属于SPOUT核酸甲基转移酶家族，然而与该家族其它成员不同，TrmL仅具有催化结构域却不具备专门的tRNA结合结构域。本项目拟通过酶学和结构生物学等方法研究TrmL的催化机理以及其与亮氨酸tRNA复合物的晶体结构， 试图阐明这种特殊的tRNA修饰酶的催化机制以及其与tRNA相互识别的新方式。

圆满超额完成预定研究计划。转移核糖核酸（transfer RNA, tRNA）是细胞中参与蛋白质合成的重要分子之一。tRNA上的核苷酸存在广泛修饰，这些修饰对于稳定tRNA的三级结构以及tRNA在细胞内发挥功能起着重要作用，与人类疾病息息相关。tRNA的反密码子环上的核苷酸上存在众多修饰，尤其是第34位。第34位是反密码子的第一位，其修饰对反密码子与mRNA上密码子的精确识别很重要, 该位点的修饰缺陷通常能引起细胞功能受损。TrmL是2010年被鉴定出来的催化两种亮氨酸tRNA等受体上第34位核苷酸2’-O-甲基化的修饰酶。TrmL属于SPOUT甲基转移酶家族，然而与该家族众多其它成员不同，TrmL仅具有保守的催化结构域却不具备通常存在于其它SPOUT家族RNA甲基化酶成员中的tRNA结合结构域。TrmL与tRNA的识别方式以及它是否具有独立的催化功能并不清楚。通过对tRNA Leu以及其特殊的甲基化修饰酶TrmL的生理生化性质以及晶体结构进行研究，阐明了tRNALeu反密码环上第34位核苷酸2’-O-甲基化修饰的生成机理，并阐明了修饰酶TrmL与tRNA结合的新方式。同时，TrmJ修饰tRNA反密码子环的第32位核苷酸2’-O-甲基化，与TrmL都来自SPOUT家族。我们也对这TrmJ的催化机理及功能进行了延伸研究。以上研究结果以第一作者或通讯作者发表标注资助SCI研究论文4篇（影响因子10分左右2篇，5分左右两篇, 总影响因子28.39，篇均：6.85），另有1篇研究论文已投稿；并在国际知名数据库PDB上共享了11个生物大分子的三级结构信息。申请国家发明专利1项。培养博士研究生3名，且都已获得博士学位。9人次获得各类学术奖项。国际合作方面，来访合作研究和做学术报告3人次。7人次在国内外学术会议报告7次。经费收支平衡。