新发现的氨基酰-tRNA合成酶的非经典功能

<正>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,为生物体内的蛋白质合成提供     

氨酰-tRNA合成酶的研究进展

氨酰-tRNA合成酶催化特异的氨基酸与同源tRNA氨酰化,从而保证了遗传密码翻译的忠实性。这些古老而保守的蛋白质分子除了具有酶的功能外,在哺乳动物细胞中还发现了多种其他功能,具有重要的应用价值。在寻找具有全新作用机制的新抗生素以应对日益严重的抗生素耐药现象过程中,氨酰-tRNA合成酶是细菌蛋白质合成过程中重要的、新颖的靶标,成为关注的重点。定向突变的氨酰-tRNA合成酶可以用来定点掺入非天然氨基酸,扩展蛋白质工程。今后,随着人们对氨酰-tRNA合成酶研究的不断深入,它们还可能用来治疗肿瘤等多种疾病。     

氨基酰-tRNA合成酶与神经系统疾病

氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase, aaRS)催化tRNA氨基酰化反应与编校反应,合成正确的氨基酰-tRNA,为蛋白质生物合成提供原料。高等生物的aaRS获得了除蛋白质合成之外的非经典功能。近年来,随着基因组测序和外显子测序技术的发展和新增临床病例的发现,aaRS基因突变被报道与多种神经系统疾病相关。该文将简要介绍已报道的与aaRS基因突变相关的神经系统疾病,并总结aaRS基因突变导致神经系统疾病机制的研究进展;还将讨论神经系统疾病模型在aaRS非经典功能研究和新药设计中的潜在应用。     

氨酰-tRNA合成酶的进化差异

大量研究显示,细菌与真核生物中的许多氨酰-tRNA合成酶(aaRS)在一些细菌与真核生物中的基因进化机制与模式、氨酰化途径和结构与功能的进化模式等方面往往有着明显的差异。通过对这些差异的深入研究,对于理解蛋白质的结构与功能的进化将是非常有帮助的。虽然造成这些差异的机制目前仍不清楚,但是,所有的这些差异似乎提示,在细菌与真核生物的一些基本生命活动过程中的某些方面,可能还存在着目前尚未被人们所认识到的较大差异。     

苯丙氨酰-tRNA合成酶的进化与结构域丢失

基因的复制、融合以及基因的水平转移是许多蛋白质包括氨酰 tRNA合成酶 (aminoacyl tRNAsynthetase ,AARS)进化过程中的常见事件。然而作者研究的结果显示 ,苯丙氨酰 tRNA合成酶 (phenylalanyl tRNAsynthetase,PheRS)的进化主要表现为一些结构域的丢失 ;并且这种结构域的丢失不影响PheRS的功能或活性。通常在生物从细菌到真核生物的进化过程中 ,其基因组的大小和基因的数目都有所增加 ,然而有趣的是 ,真核生物中PheRS的结构域类型和数目都明显少于细菌的PheRS。PheRS通过结构域的丢失而进化的现象 ,似乎与某些AARS功能由多重专一性向单一专一性的演化有着“异曲同工”之妙。     

一个高效表达、快速纯化大肠杆菌精氨酰-tRNA合成酶的新系统(英文)

编码大肠杆菌精氨酰ｔ Ｒ Ｎ Ａ 合成酶（ Ａｒｇ Ｒ Ｓ） 的基因ａｒｇ Ｓ 被克隆到ｐ Ｍ Ｆ Ｔ７５ 载体上。将此质粒转化的大肠杆菌 Ｊ Ｍ１０９（ Ｄ Ｅ３） 中, 该转化子粗抽液的比活是宿主菌的２ ５００ 倍。通过 Ｄ Ｅ Ａ Ｅ Ｓｅｐｈａｒｏｓｅ Ｃ Ｌ６ Ｂ Ｆａｓｔ Ｆｌｏｗ 和 Ｂｌｕｅ Ｓｅｐｈａｒｏｓｅ Ｃ Ｌ６ Ｂ两步柱层析在一天内即可将精氨酰ｔ Ｒ Ｎ Ａ 合成酶纯化至电泳一条带, 比活为３６ ０００ ｕ／ｍｇ , 总收率可达６９ ％ 。与以前报道的 Ａｒｇ Ｒ Ｓ的高表达质粒相比, 使用该重组质粒可以很方便地将昂贵的标记氨基酸高效地参入酶分子内。目前的研究结果表明,该新系统能够很方便地提供大量的更高比活的大肠杆菌精氨酰ｔ Ｒ Ｎ Ａ 合成酶以进行该酶的 Ｎ Ｍ Ｒ 和结晶学研究     

亮氨酰-tRNA合成酶通过细胞内的亮氨酸调节雷帕霉素受体复合物（TORC1）活性的新功能

TORC1（target of rapamycin complex 1）可整合营养、能量、生长因子及氨基酸等多种细胞外信号,调控基因转录、蛋白质翻译、核糖体合成等生物过程,在细胞生长和凋亡中发挥极为重要的作用。亮氨酰-tRNA合成酶（LeuRS）的经典功能是催化合成亮氨酰-tRNA直接参与遗传信息的解码合成蛋白质。最新研究结果表明人细胞质LeuRS除了经典功能外,还参与调控TORC1途径。综述了LeuRS的非经典功能,它是如何通过感受细胞内的亮氨酸浓度来调节TORC1活性的。这些结果表明了古老的氨基酰-tRNA合成酶家族在进化的过程中被赋予了新的功能。     

天蓝色链霉菌中长链3-酮脂酰ACP合成酶的功能

【背景】链霉菌属于放线菌科,在土壤环境中广泛分布。链霉菌具有复杂的形态分化和多样性的次生代谢网络,能产生大量具有生物活性的次级代谢产物,被广泛深入研究。【目的】天蓝色链霉菌是链霉菌的模式菌株,其脂肪酸合成代谢与次级代谢联系紧密,但目前脂肪酸合成代谢途径还不清楚,其长链3-酮脂酰ACP合成酶还未见报道。【方法】利用大肠杆菌FabF序列进行同源比对,发现天蓝色链霉菌A3(2)的基因组中,SCO2390(ScoFabF1)、SCO1266(ScoFabF2)、SCO0548(ScoFabF3)和SCO5886 (ScoRedR)具有较高的相似性,并具有保守的Cys-His-His催化活性中心,可能具有长链3-酮脂酰ACP合成酶活性。采用PCR扩增方法分别获得以上基因,连入表达载体pBAD24M后分别互补大肠杆菌fabB(ts)突变株和fabB(ts)fabF双突变株,并检测转化子的生长情况。以上基因与pET-28b连接后,在大肠杆菌BL21(DE3)中表达,并利用Ni-NTA纯化获得蛋白,体外测定其催化活性。将以上基因分别互补大肠杆菌fabF突变株后,GC-MS测定互补株的脂肪酸组成。【结果】4个同源基因中,只有ScofabF1能恢复fabB(ts)fabF双突变株42°C时在添加油酸条件下的生长,其他3个基因均不能恢复生长。而这4个基因都不能恢复fabB(ts)突变株42°C时生长。体外活性测定ScoFabF1具有长链3-酮脂酰ACP合成酶活性,其他3个蛋白都不具有该活性。仅ScofabF1能显著提高大肠杆菌fabF突变株的顺-11-十八碳烯酸(C18:1)比例,其他3个基因都不具有该功能。【结论】天蓝色链霉菌中ScofabF1编码长链3-酮脂酰ACP合成酶II,在脂肪酸利用过程中发挥重要作用。天蓝色链霉菌中没有发现编码长链3-酮脂酰ACP合成酶I的基因,其可能通过其他途径合成少量的不饱和脂肪酸。以上研究结果为进一步研究天蓝色链霉菌中脂肪酸合成机制奠定了基础。     

脯氨酰-4-羟化酶亚基α-2通过肌醇需要酶1α介导的UPR信号通路调控肝癌细胞凋亡并预测早期肝细胞癌的不良预后（英文）

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)严重危害着人类健康。尽管大量研究表明,在HCC早期进行手术切除可提高患者的生存率,但其高复发率仍然阻碍着治疗进程。本研究分析蛋白质组学数据发现。脯氨酰-4-羟化酶亚基α-2(prolyl 4-hydroxylase subunit α-2, P4HA2)在早期HCC组织中高表达,Kaplan-Meier曲线、Cox比例风险回归模型(cox regression model)证明,P4HA2高表达的早期肝癌患者预后较差,且P4HA2可作为患者预后的独立预测因子。通过敲低或过表达实验发现,P4HA2明显促进肿瘤细胞的增殖、迁移等恶性生物学行为。敲低P4HA2激活了由肌醇需要酶1α(inositol-requiring enzyme 1α, IRE1α)介导的促凋亡非折叠蛋白反应(unfolded protein response, UPR)。以上结果表明,P4HA2可能通过调节内质网稳态来调控肝癌细胞凋亡,P4HA2有望成为HCC潜在的治疗靶点。     

Caspase-4非经典炎症小体对问号钩体诱导THP-1细胞炎症因子分泌水平的影响

了解Caspase-4非经典炎症小体在问号钩体诱导THP-1细胞炎性细胞因子分泌过程中的作用。

采用问号钩体感染THP-1细胞(预先经佛波酯刺激分化为巨噬细胞)建立细胞模型, 用实时荧光PCR扩增检测caspase-4、IL-18、IL-1β和IL-1αmRNA水平, Western blotting检测Caspase-4蛋白表达, ELISA定量检测细胞上清中IL-18、IL-1β和IL-1α分泌情况。

实时荧光PCR和Western blotting显示, 与未感染细胞比较, THP-1细胞Caspase-4 mRNA及蛋白表达水平均升高(t=46.03、29.36, 均P < 0.05), Caspase-4 siRNA转染后, Caspase-4 mRNA及蛋白表达水平显著下降(t=32.48、30.77, 均P < 0.01);钩体感染后, IL-18、IL-1β和IL-1αmRNA水平显著升高(t=25.70、26.13、19.94, 均P < 0.05), 在Caspase-4特异性阻断后显著下降(t=11.55、44.68、15.68, 均P < 0.05);ELISA检测显示, 钩体感染后, IL-18、IL-1β和IL-1α分泌均显著升高(t=50.24、34.17、25.18, 均P < 0.05), 且能被Caspase-4特异性阻断剂有效抑制(t=42.00、17.07、5.03, 均P < 0.05)。

Caspase-4非经典炎症小体参与介导问号钩体诱导人单核-巨噬细胞炎性细胞因子IL-18、IL-1β和IL-1α的分泌。