哺乳动物氨基酰-tRNA合成酶的研究

1 氨基酰-tRNA合成酶及哺乳动物细胞中氨基酰 tRNA合成酶的特点 1．1 氨基酰-tRNA合成酶催化的反应氨基酰-tRNA合成酶家族(aaRS)参与生物体中的遗传解码过程。它们催化氨基酸与其对应的 tRNA之间的酯化反应,生成氨基酰-tRNA参与蛋白质的生物合成,它反应的专一性确保了蛋白质生物合成的精确性。氨基酸与其对应的tRNA之间的     

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。     

谷氨酰-脯氨酰-tRNA合成酶的非经典功能——炎症相关基因特异性的翻译沉默

氨基酰-tRNA合成酶（aaRS）催化氨基酰化反应,为生物体内的蛋白质合成提供原料。哺乳动物细胞质中一种双功能aaRS谷氨酰-脯氨酰-tRNA合成酶（EPRS）通常负责将谷氨酸和脯氨酸分别接载到对应的tRNA的3’末端参与蛋白质翻译;此外,它还具有与氨基酰化经典功能无关的单核/巨噬细胞特异性炎症相关基因翻译沉默的非经典功能。在过去的十五年间,对于EPRS参与炎症反应相关基因表达调控的功能研究取得了一系列重要进展,揭示了看家基因EPRS与人类疾病发生和发展的潜在联系。     

多氨基酰-tRNA合成酶复合物的发生发展

氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase,aaRS)是由管家基因编码的一类古老的蛋白质,其核心功能是催化对应的tRNA和氨基酸形成氨基酰-tRNA,为蛋白质合成提供原料,从而将遗传信息翻译成蛋白质行使细胞的生物功能.随着生物进化的发展,越来越多的aaRS进化出了新的结构域,从而使aaR...     

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。     

氨基酰tRNA合成酶的经典与非经典酶活性

氨基酰tRNA合成酶（aminoacyl-tRNA synthetases,aaRS）家族的经典功能是催化氨基酸与对应tRNA结合,形成氨基酰tRNA,参与蛋白质合成。aaRS在进化过程中不断增加与氨基酰化功能无关的新结构域,其亚细胞器定位也受到营养、压力信号、参与调控血管新生和炎症反应等内外部信号调控,且不同aaRS的突变导致不同人类疾病,提示aaRS具有信号传导功能,但缺少具体的生化机制。最新发现aaRS具有氨基酰转移酶活性。一种氨基酸可以被其对应的aaRS活化成氨基酰AMP,氨基酰AMP可以修饰与该aaRS相互作用蛋白质的赖氨酸,传递该氨基酸的丰度及结构信息,调控细胞信号网络。aaRS新功能的发现和研究,为解释aaRS的生理病理重要性提供新的方向。本文综述aaRS的进化及非经典功能,讨论aaRS氨基酰转移酶活性在细胞信号传导及其与疾病的相关性,也包括药物开发潜力。     

氨基酰-tRNA合成酶与神经退行性疾病

氨基酰-tRNA合成酶催化tRNA的氨基酰化反应为生物体内的蛋白质合成提供原料.这类古老且保守的蛋白质分子在高等生物复杂的细胞分子网络中分化出的新功能是目前人们关注的焦点.近期在对一些患有神经退行性疾病的病人和小鼠模型的研究中发现,位于酪氨酰-tRNA合成酶、甘氨酰-tRNA合成酶和丙氨酰-tRNA合成酶上的突变,可分别导致DI腓骨肌萎缩症(Charcot-Marie-Toothdisease,CMT)C型,腓骨肌萎缩症2D型及小脑浦肯雅(Purkinje)细胞丢失.初步的致病机理研究表明,致病突变对这3种酶的影响各不相同:酪氨酰-tRNA合成酶的氨基酰化催化能力受到影响,甘氨酰-tRNA合成酶受影响的可能是一种未知的新功能,而丙氨酰-tRNA合成酶受影响的则是它的编校功能.这些研究结果揭示了氨基酰-tRNA合成酶涉及神经退行性疾病的广泛性和其机制的复杂性,并将促进对神经退行性疾病这一类常见疾病的病理和治疗方法的研究.     

与人类疾病相关的几种线粒体氨基酰-tRNA合成酶

氨基酰-tRNA合成酶是一类古老的蛋白质,催化蛋白质生物合成中的第一步反应．已经发现氨基酰-tRNA合成酶还参与大量的其他生命过程,如编校、tRNA的成熟与转运、RNA的剪切、细胞因子等功能．最近的研究结果表明,线粒体氨基酰-tRNA合成酶与人类的疾病密切相关．人线粒体精氨酰-tRNA合成酶基因2号内含子中的一个单点突变导致该基因的转录本被异常剪接,造成脑桥小脑发育不全．人线粒体天冬氨酰-tRNA合成酶基因上的一系列突变致使其mRNA被快速降解或者蛋白质氨基酸一级结构的改变,导致脑干脊髓白质病变及乳糖增高症．人线粒体亮氨酰-tRNA合成酶基因的一个单核苷酸多态性与2型糖尿病密切相关．这些研究结果进一步增强了我们对于氨基酰-tRNA合成酶的生物学功能的认识,并将促进对由线粒体氨基酰-tRNA合成酶所引起线粒体病的致病机理以及治疗方法的研究．     

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。     

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。     

两种具有调节血管生成作用的氨基酰-tRNA合成酶

氨基酰-tRNA合成酶是生物体内蛋白质合成过程中的一类关键酶,它催化体内tRNA的氨基酰化反应.作为一类古老的蛋白质,氨基酰-tRNA合成酶在其漫长的进化过程中,通过其他结构域的插入或融合逐渐演化出许多新的功能.最近的研究结果表明,人酪氨酰-tRNA合成酶的片段具有促进血管生成的功能,而人色氨酰-tRNA合成酶的片段则具有抑制血管生长的功能.在哺乳动物细胞中,蛋白质的生物合成途径与细胞信号转导途径紧密相连.今后,随着对氨基酰-tRNA合成酶研究的不断深入,可以通过它们与细胞因子和信号转导相连的功能治疗人类的疾病.     

一种现存的氨基酰-tRNA合成酶（AaLeuRS）具有祖先编校特性

近期,中科院上海生科院生化与细胞所王恩多研究组在RNA杂志公布了最新研究发现：一种现存的具有祖先编校特性的氨基酰-tRNA合成酶,揭示了AaLeuRS可能有着比IleRS及ValRS更为原始的编校特性,其编校结构域可能保留了三种酶共同的祖先编校结构域,该发现为研究氨基酰-tRNA合成酶催化特异性进化提供了的重要线索。     

哺乳动物氨基酰-tRNA合成酶复合物中三个辅助因子在分子信号网络中的重要作用

氨基酰-tRNA合成酶是一类古老而保守的蛋白质,它们催化蛋白质生物合成的第一步反应．哺乳动物细胞内存在一个由8种氨基酰-tRNA合成酶和3种辅助因子组成的氨基酰-tRNA合成酶复合物．近年来,陆续发现该复合物中的3个辅助因子p43、p38和p18在复合物外的多种生命活动中扮演着重要角色：辅助因子p43是细胞因子内皮单核细胞激活肽Ⅱ的前体,参与了血管生成和细胞凋亡等许多生命过程;辅助因子p38在肺部发育中至关重要,同时它在神经细胞中的不正确积累可能与帕金森病有关．更有趣的是,辅助因子 p38和p18可以在时空上高度有序地通过不同的通路参与细胞对DNA损伤的修复．这些研究增加了对于氨基酰-tRNA合成酶和细胞内大分子信号网络之间关系的认识,并将促进对该领域的研究与发展．     

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, 甚至修饰核苷酸对于一些识别过程也有重要作用.     

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     

氨酰-tRNA合成酶专一性识别的进化

氨酰-tRNA合成酶(AARS)是一类在蛋白质合成过程中起着重要作用的酶,它通过与tRNA及其相应氨基酸的专一性识别作用,使得基因序列能够被精确地翻译成蛋白质序列.然而,氨酰-tRNA合成酶的这种识别作用既有专一性,也具有“兼容性”.氨酰-tRNA合成酶的这种双重性质不仅与其结构的进化有关,而且还与其所处的各类生物的不同进化阶段有关.AARS似乎经历了一个由“模糊专一性”（多重专一性）到“精确专一性”（单一专一性）的演变历程.     

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。     

氨基酰-tRNA合成酶编校相关的生理、病理效应和药物设计

氨基酰．tRNA合成酶（aaRS）催化tRNA的氨基酰化反应,为生物体内蛋白质合成提供原料。许多aaRS为保持蛋白质翻译的精确性,在进化的选择压力下产生了编校功能。近年来,人们越来越多关注aaRS编校功能同人类健康之间的关系。在过去的几年中,对于aaRS编校功能缺陷在细胞内的生理效应,与疾病发生的关系和以编校活性位点作为药靶设计、开发新型抗生素的研究中取得了重要的进展。     

氨基酰-tRNA合成酶的胞外功能

氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase,aaRS)的经典功能是为蛋白质的生物合成提供原料。越来越多的证据表明,多种aaRS可以分泌到细胞外,以细胞分子的形式调控细胞乃至生物体的功能,参与和影响某些疾病的发生。分泌型aaRS的功能形式存在三种:全长形式、水解后的短形式和疾病相关突变体。分泌型aaRS可以调控多种靶细胞,包括内皮细胞、免疫细胞和神经细胞。随着研究的不断深入,将丰富人们对aaRS分泌过程、功能机制和在人类疾病中的潜在作用的认识。拟从氨基酰-tRNA合成酶作为胞外细胞分子的角度,简要介绍已报道的分泌型aaRS,其参与调节靶细胞的机制以及影响疾病发生的机理。