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     

JTV1基因及其编码蛋白的研究

JTV1基因的转录物编码p38蛋白质,也称AMIP2.p38/JTV1是人类tRNA合成酶复合物的支架蛋白质,是氨酰tRNA连接酶复合物的核心分子,对复合物的组装起到重要的作用.p38/JTV1的结构中包含了谷胱甘肤S-转移酶(GST)结构域,可以与损害的DNA结合,起到分子伴侣的作用;p38/JTV-1可以通过与FBP相互作用而下调c-myc,从而促进细胞的凋亡;AIMP2/p38是p53的正性调节因子,缺失AIMP2/p38,可增加DNA损伤引起的凋亡,因为JTV1拥有上述这些活性,并且人类肿瘤组织经常发生突变,提示JTV1可能作为一种新的肿瘤抑制剂.     

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。     

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.     

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...     

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．     

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。     

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。     

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.     

枯草杆菌色氨酰tRNA合成酶的同源模建

色氨酰tRNA合成酶（TrpRS）在蛋白质合成系统中具有非常重要的地位。通过蛋白质同源模建得到了枯草杆菌（Bacillus subtilis）色氨酰tRNA合成酶的三维结构。研究表明合成酶的二级结构含有16个α螺旋和5个β折叠,唯一的色氨酸Trp^92位于两个亚基的界面上。模建结果对配基结合位点和活性位点以及可能与tRNA^Trp结合的方式也给出了预测。     

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。     

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,每一种均对尖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。     

氨基酰-tRNA合成酶编校功能缺陷引发的疾病

氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase,aa RS)负责催化氨基酸与对应的tRNA生成氨基酰-tRNA,参与蛋白质的生物合成。aaRS除可以活化其对应的氨基酸外,也可误活化一些与对应氨基酸相似的非对应氨基酸。基于此,aaRS进化出一种编校功能,可以水解误活化或误氨基酰化的氨基酸,保证翻译的正确进行。一旦某种特定的aaRS的编校功能受损,会导致非对应氨基酸误掺入蛋白质,引起蛋白质误折叠。细胞通过上调热休克蛋白来帮助误折叠蛋白质重折叠。误折叠的蛋白质可能会聚集,引起ER应激,或通过泛素化-蛋白酶体途径降解。若超过细胞修复功能所能承受的范围,细胞会凋亡,对于多细胞生物来说,可能会引起一系列疾病,而对于单细胞生物来说,生长会受到抑制,严重的会直接死亡。     

蓖麻蚕氨基酰-tRNA合成酶与丝心蛋白合成的关系

蓖麻蚕Phtlosamta cynthia ricim后部丝腺体在五龄后期主要合成一种蛋白质——丝心蛋白。在组成丝心蛋白的氨基酸成分中,丙氨酸和甘氨酸占了78％,其中内氨酸的含量比甘氨酸高(Kirimura等1962)。已经知道在五龄期,蓖麻蚕后部丝腺体tRNA含量与丝心蛋白的氨基酸成分之间存在着相关性(辜祥荣等,1981)。在生物体内,氨基酸必须与其相应的tRNA结合才能参与蛋白质的合成,而两者的结合反应是由其相应的氨基酰-tRNA合成酶所催化的。本文测定了五龄期蓖麻蚕后部丝腺体中甘氨酰-tRNA合成酶和丙氨酰-tRNA合成酶的活力,以及这两个酶的Km值,观察到在五龄期,这两个酶的活力是随着蛋白质合成的增加而升高的,而且并没有同功酶或酶的变构产生。     

精胺对牛肝tRNA~(lle)氨基酰化的刺激作用

本实验用纯化的牛肝异亮氨酸tRNA(tRNA~(Ile))和异亮氨酰tRNA合成酶(IleRS),研究了精胺对Ile-tRNA复合物形成及IleRS活性的作用。结果表明:精胺能特异地促使牛肝tRNA~(Ile)氨基酰化反应;对IleRS活性无影响;能明显地增加形成Ile-tRNA复合物反应的Vmax和tRNA~(Ile)的Km值。     

亮氨酰-tRNA合成酶在调控衰老骨骼肌蛋白质合成中的作用与机制

蛋白质代谢平衡紊乱是诱发骨骼肌萎缩的根本原因,蛋白质合成减少则直接导致衰老性骨骼肌萎缩的发生与发展。亮氨酰-tRNA合成酶(leucyl-tRNA synthetase, LeuRS)的经典功能是催化亮氨酸与其同工tRNA之间连接形成氨基酰,在生物体内遗传解码过程中具有重要作用。随着近年对LeuRS蛋白研究的深入,人们认为其可能通过行使非经典功能而在衰老骨骼肌蛋白质代谢稳态调节中发挥关键作用。本文综述了氨基酰-tRNA合成酶和LeuRS的结构与生物学特性,并重点对LeuRS作为细胞内亮氨酸传感器调控衰老骨骼肌细胞蛋白质合成的研究进展进行总结,分析了LeuRS响应运动与氨基酸摄入等合成代谢刺激,活化哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1 (mammalian target of rapamycin complex 1, mTORC1)信号转导通路的作用机制,以期为衰老性骨骼肌萎缩的预防和诊治提供新的思路。     

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．