tRNA介导蛋白质工程

在遗传信息从DNA到蛋白质流动的过程中,tRNA携带特异的氨基酸参与蛋白质合成,对于维持蛋白质翻译的忠实性起着非常重要的作用。生物体内共有20种氨酰tRNA合成酶,每一种均对应于一种氨基酸和一个tRNA类型。但是这种翻译过程仅仅限于20种天然氨基酸,因此在进行传统的蛋白质工程研究时常常受到限制。事实上,在蛋白质工程中借助于校正tRNA定点掺入非天然氨基酸可以提供蛋白质的结构信息,改进蛋白质检测与分离的方法,甚至赋予蛋白质某些新的特性。随着生物技术的发展和完善,tRNA介导蛋白质工程将不仅在蛋白质工程中发挥潜能,而且在研制新型生物材料和疾病诊断及药物治疗方面起到推动作用。     

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。     

氨酰tRNA合成酶作用机制及其应用北大核心CSCD

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。     

蛋白质翻译中的反转运

在蛋白质的翻译过程中,氨酰-tRNA进入核糖体,解密mRNA上的一个密码子,并带着mRNA向其5'的方向运动,直到空载的tRNA离开核糖体,整个过程tRNA在核糖体内始终沿着一个方向运动.但随着LepA(EF4)蛋白的发现和其功能的明确,tRNA在核糖体内的新运动形式--"反转运"被揭示,即tRNA带着mRNA倒退一步,向其3'的方向运动.通过对tRNA反向运动生理意义的研究,引发了对蛋白质翻译调控的深入思考.     

微生物tRNA与密码子系统应用研究进展*

tRNA作为生命中心法则中翻译过程的重要参与分子,其种类、丰度都会对蛋白质的正常合成产生巨大影响。近年来通过对微生物tRNA的结构功能以及合成修饰过程的解析获得诸多启发,开展密码子扩展的研究,实现将非天然氨基酸引入特定位置从而获得新功能蛋白。同时,通过化学合成微生物基因组开展的密码子重编码工作将释放更多的密码子与tRNA用于更加广泛的密码子扩展研究。对微生物tRNA与密码子系统在合成生物学中的最新应用研究进展进行了综述,并讨论其未来的发展趋势。     

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.     

tRNA核质动态分布与细胞命运

旺盛的细胞核、质间的物质运输(nuclear-cytoplasmic transport)是真核细胞代谢的基础．核质运输不仅将蛋白质运到目的地,还能通过在特定时间、地点结合靶分子,改变其在胞内的局部浓度,调控诸如有丝分裂等重要细胞活动．tRNA是细胞中最重要的大分子之一,合成于细胞核,在细胞质中参加蛋白质翻译．一直以来,学术界认为tRNA只是蛋白质合成的参与者,tRNA核质运输是tRNA跨越核膜进入细胞质是单向主动运输过程．然而,最近的研究成果在颠覆传统观念,tRNA不但能被转运出核,还能被逆向转运入核．2008年,新概念“tRNA核质动态分布”(tRNA nuclear-cytoplasmic dynamics)被提出,取代tRNA核质运输,描述tRNA在细胞核、质间的流动．在酿酒酵母中tRNA核质动态分布可以调控蛋白质翻译,锁定细胞周期．此领域内的最新研究正在改变着教科书中有关tRNA的传统论断．     

tRNA研究的近况

转移核糖核酸(tRNA)初期通称为可溶性核糖核酸(sRNA),它的发现已有三十余年的历史。tRNA在蛋白质生物合成的过程中起着关键性的作用,是将核酸的遗传讯息转译成蛋白质一级结构的生物大分子化合物,因此受到重视。早期的研究工作,偏重于从生物材料中分离纯化得到对一种氨基酸专一的纯tRNA,并测定其一级结构(核苷酸排列顺序)。1965年R.W.Holley实验室首先测定了酵母丙氨酸tRNA的一级结构,并因此获得了1968年诺贝尔生理学医学奖。自此以后tRNA的研究一直受到生物化学,分子生物学,分子遗传学等工作     

真核细胞tRNA的降解

tRNA在蛋白质合成过程中起着关键性的作用,不但为三联密码子翻译成氨基酸提供了接合体,而且为将氨基酸运送到核糖体提供了运送载体.在真核细胞中,tRNA前体必须经过广泛的加工修饰,成为成熟的tRNA分子才能充分发挥生物学功能.以往对tRNA的研究主要集中于tRNA的结构、功能、加工和成熟上,却很少关注tRNA分子的降解.最近研究发现tRNA的降解在tRNA的生成、加工和功能发挥上同样起着重要作用.     

翻译过程的模拟

“基因指导蛋白质的合成”是一个教学重点,也是一个教学难点,尤其是翻译过程,由于其中存在mRNA与tRNA、tRNA与氨基酸、氨基酸序列与蛋白质等多个对应环节．因此相当一部分学生在学习这部分知识时有困难。鉴于此,怎样突破这个教学难点？这个问题一直在脑海中萦绕。     

血管生成素与tRNA片段化

tRNA主要功能是转运氨基酸参与蛋白质合成,在蛋白质生物合成过程中起着关键性的作用．近年来发现,tRNA是细胞内小RNA分子的重要来源,具有其它重要的生物学功能．来源于成熟tRNA分子的tRNA片段根据切割位置及生成机制的不同,主要分为两类：一类是tRNA半分子（tRNA halves）;另一类是较小的tRNA片段,称为tRFs( tRNA fragments)．在哺乳动物细胞中,tRNA半分子由血管生成素在tRNA分子反密码环处切割生成．本文主要针对tRNA半分子的加工机制、功能及在临床上的潜在应用进行综述．     

真核生物细胞质tRNA生物合成研究的进展

tRNA是蛋白质翻译机器中的必需成分,它对细胞的生长和增殖及器官的发育起着决定性作用.tRNA生物合成包括tRNA基因的转录、转录后的加工和修饰.对tRNA生物合成的研究还包括tRNA在细胞中的运输、tRNA生物合成的质量监控及其与其他重要细胞途径（如mRNA生物合成、DNA损伤应答和细胞周期）之间的相互作用,以及tRNA生物合成在生长发育和疾病中的作用.本文主要介绍了近年来真核生物细胞质tRNA生物合成研究的一些重要进展.     

基于古菌酪氨酰tRNA合成酶非天然氨基酸插入的研究进展

构筑蛋白质的编码信息存在于高度保守的密码子表中,而生物体仅利用20种天然氨基酸,就能排列组合出不同的蛋白质来行使多种生物学功能。通过合成生物学的飞速发展,使得在蛋白质合成中可控地引入非天然氨基酸成为可能。这极大地拓展了蛋白质的结构和功能,并为生物学工具的开发和生物生理过程的研究提供了便利。具有活性基团的非天然氨基酸可以广泛地应用于蛋白质结构研究、蛋白质功能调控以及新型生物材料构建和医药研发等诸多领域。基因密码子拓展技术利用正交翻译系统,通过重新分配密码子改造中心法则,可以在蛋白质的指定位点引入非天然氨基酸。系统地介绍了目前提升密码子拓展技术插入非天然氨基酸效率的方法,包括tRNA以及氨酰tRNA合成酶的各种突变方法和翻译辅助因子的改造。汇总了利用古细菌酪氨酰tRNA合成酶插入的非天然氨基酸和突变位点并总结了密码子拓展技术在生物医药领域的前沿进展。最后讨论了该项技术目前所面临的挑战,如可利用的密码子数量不多、正交翻译系统的种类有限和非天然氨基酸多插效率低下。希望能够帮助研究者建立适合的非天然氨基酸插入方法并推动密码子拓展技术进一步发展。     

转移核糖核酸(tRNA)与癌症

转移核糖核酸(transfer RNA, tRNA)在蛋白质生物合成过程中起关键作用,是将遗传信息翻译成蛋白质一级结构的接头分子。tRNA长久以来一直被认为是基因表达调控过程中的执行者而不具备调控功能,更不曾与癌症的发生联系起来。最新研究表明,某些tRNA在癌细胞中异常表达,与癌症的发生和发展有密切联系。tRNA来源的小分子非编码RNA (tRFs和tiRNAs)是一类新的基因表达调控分子,tRFs可以调控癌基因的表达或者与RNA结合蛋白相互作用来调控癌细胞增殖和细胞周期进程。tRNA的转录后修饰能够调控mRNA翻译过程,进而影响癌细胞的生长。随着测序技术的发展,tRNA在癌症发生和发展中的调控作用成为近年来的研究热点,现将从"tRNA分子调控癌症的发生和发展"、"tRNA来源的小分子非编码RNA与癌症"以及"tRNA修饰与癌症"三个方面综述tRNA分子在癌症发生和发展中的调控功能。     

tRNA丰度与基因表达的关系

tRNA作为蛋白质合成过程中重要参与成分之一 ,其种类和含量的多少会在一定程度上直接或间接地影响到基因表达的速率和时空性 ,是生物在长期进化过程中调节和控制基因表达的主要手段之一。对tRNA丰度与基因表达的关系进行了综述 ,并指出其在基因工程中的重要地位。     

tRNA特异性的主要决定子研究进展

1988年5月12日的Nature杂志上刊登了一篇题为“一种简单的结构特征是转移RNA特异性的主要决定子”(A Simple structural feature is a major determinant of the identity of a transfer RNA)的文章,立刻引起了轰动,5月13日的纽约时报和其它有关报刊大量刊登了许多著名分子生物学家的评论文章,对此项研究结果作了高度的评价,称tRNA特异性的这一决定子为“第二遗传密码”。这个使科学家们困惑了20年之久的难题终于得到了解答。这一难题是,在蛋白质的合成过程中,在翻译中起关键作用的tRNA分子如何识别特定的氨基酸,也就是说,究竟是tRNA分子的哪一部位对氨基酸的特异性结合起着决定性的作用。     

氨酰tRNA 合成酶抑制剂作为新型抗感染药物的研究进展

细菌耐药性的不断上升对现有阶段的抗生素类药物提出了一个严峻的挑战,同时也掀起了针对于新靶标的抗菌药物的研究。氨酰tRNA合成酶(aaRS)催化特定氨基酸连接到相应的tRNA分子上,在蛋白质的合成过程中起着必不可少的作用。氨酰tRNA合成酶的抑制会导致蛋白质合成的停止,扰乱细菌和真菌的生长,因此氨酰tRNA合成酶是一类潜在的抗感染靶标。本文分别综述了天然产物及其衍生的aaRS抑制剂,底物和反应中间体模拟物,通过合成和通过虚拟筛选得到的aaRS抑制剂作为新型抗细菌和抗真菌药物的研究进展,并对aaRS的靶标特点、分类和催化机制作一简要介绍。     

tRNA来源的小片段RNA——新的基因表达调控因子

转移核糖核酸(tRNA)是蛋白质合成的关键接头分子,特异性识别信使RNA(mRNA)的密码子信息,将其接载的氨基酸基团掺入到新生多肽链中。最新研究表明,在很多物种中,在某些特定情况下,tRNA或其前体被特异性剪切产生tRNA来源的小片段RNA(tRNA-derived fragment,tRF)。这类tRF是一类新的基因表达调控因子,其发挥作用的机制多样,如某些tRF以microRNA方式抑制mRNA翻译;某些tRF作为逆转录病毒RNA基因组的逆转录引物;而某些tRF参与了前体rRNA剪切复合物的组装。此外,细胞受胁迫产生的带有多聚鸟苷酸模块的tRF则会竞争性抑制延伸因子elF4G与mRNA的结合,从而抑制蛋白质翻译。随着研究的继续深入,对tRF的发生发展、作用机制以及在疾病中的潜在作用将会进一步丰富。拟从tRF作为新的基因表达调控分子的角度,简要介绍tRF发挥作用的分子机制。     

非天然氨基酸正交翻译技术：一种新型基因工程活病毒疫苗研发技术

非天然氨基酸正交翻译技术利用外源的非天然氨基酸氨酰tRNA合成酶(aaRS)基因和对应的tRNA基因构建非天然氨基酸正交翻译系统(Orthogonal translation system)。该正交翻译系统能利用终止密码子在蛋白翻译过程中将非天然氨基酸定点插入目标多肽链中。该技术不但是一种新的蛋白质生化研究工具,在新型基因工程病毒疫苗研究中更具有划时代的意义。利用人为构建的具有非天然氨基酸正交翻译系统的转基因细胞,通过在病毒复制的关键基因中引入提前终止密码子构建的突变病毒,在添加非天然氨基酸的情况下该基因仍能完整表达从而完成病毒的复制和传代,但该突变病毒在正常细胞(无非天然氨基酸正交翻译系统的宿主细胞)中因复制关键基因不能完整表达而无法复制传代,因而是一种复制缺陷型病毒。这种复制缺陷型病毒用作疫苗时兼具了减毒活疫苗免疫效果良好与灭活疫苗安全性高的优点,是一种较为理想的活病毒疫苗。文中简要综述了非天然氨基酸正交翻译技术在新型复制缺陷活病毒疫苗研究中的应用及其前景。     

发现参与蛋白质生物合成的第21种氨基酸

天然蛋白质生物合成过程中有20种氨基酸参加。虽然很多种蛋白质中含有不少非标准氨基酸,但它们都是在肽链合成后经翻译后加工修饰而成的。最近研究表明,硒代半胱氨酸是在蛋白质翻译过程中以特异机制和其他氨基酸同时参入多肽链的,成为参与蛋白质生物合成的第21种氨基酸。硒是生物体必需的微量元素,原核及真核生物的一些酶类及 tRNA 均含有硒,例如,大肠杆菌甲酸脱氢酶,哺乳类的谷胱甘肽过氧化物酶等均为含硒蛋白。硒以硒代半胱氨酸形式在蛋白质的特异位置出现,通常位于含硒酶蛋白的活性中心。矾醇基对上述酶类的氧化还原性质极为重要,例如用半胱氨酸取代大肠杆