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生物通报道：来自斯克里普斯研究所（The Scripps Research Institute，TSRI），苏州大学附属一医院，江苏血液研究所等处的研究人员揭示了氨酰tRNA合成酶功能性的结构基础，解释了色氨酰tRNA合成酶的结构机制如何能够抑制新血管的形成，这一研究成果公布在《Nature Structural Biology》杂志上。

领导这一研究的是TSRI的杨湘磊 (Xiang-Lei Yang)博士，杨湘磊博士是aTyr Pharma 科学联合创始人之一，她曾表示，尽管对氨酰基 tRNA 合成酶 (aminoacyl tRNAsynthetase) 在蛋白质合成中起到的作用的研究已经取得了数十年的良好进展，但是嵌入在合成酶中自发生成的蛋白质的细胞信号活动代表了一种新的蛋白质类别，具有治疗潜力。

在所有生物体中，合成酶是蛋白质合成机器的基本组成部分，氨酰tRNA合成酶是存在于所有生物体中普遍而又必不可少的蛋白质合成体系的酶。然而，人体合成酶和自然生成的这些酶的变体具有对复杂人体系统生物学的正常机能而言至关重要、但又不同于基本蛋白质合成活动的其它活动。

在这项研究中，研究人员对TrpRS（tryptophanyl-tRNA synthetase）的结构机制如何能够抑制新血管的形成做出说明。TSRI 教授、该论文作者之一Paul Schimmel表示：“许多机构针对tRNA合成酶蛋白质合成活动的结构基础进行研究，但发表在《Nature Structural Biology》这项成果首次揭示出单一的蛋白质如何能够具备完全不同的活动和人体机能，这取决于该活动发生的位置。看到细胞内蛋白质合成活动所需要的结构特征是怎样被用于阻断细胞外关键结合活动时真的感觉很奇妙。”

aTyr Pharma首席执行官 eff Watkins表示，过去几年里，Yang教授和Schimmel教授的实验室建立起全新的生物研究领域：从tRNA 合成酶等传统蛋白质分离出来的自然生成的蛋白片段的新型功能。aTyr Pharma 的产品组合利用这些自然生成的蛋白质和它们先不为人知的功能，从而借助这一新的生物领域来治疗多种疾病。发现蛋白片段与人体细胞天然配体相结合的结构基础是找到如何将蛋白片段用于治疗的方法的重要一步，我们很高兴aTyr Pharma的科学家能对这篇论文有所帮助。”

在此之前，杨博士领导的研究小组在《Chemistry & Biology》上也发表了相关的研究成果，他们通过一种重要的蛋白质合成酶–酪氨酰tRNA合成酶 (tyrosyl tRNA synthetase) 论证了之前的开创性研究。在所有生物体中，合成酶是蛋白质合成机器的基本组成部分，但是人体合成酶有着隐藏的秘密：不相关的细胞信号活动在平衡复杂的人类系统中发挥着重要作用。通过证明酪氨酰tRNA 合成酶中的细胞因子干扰突变并不会扰乱蛋白质合成所需的活动，杨博士的研究表明，为了开启通常以合成酶形式出现的新的细胞信号活动，人体合成酶的机能已经得到了进化。与酪氨酰 tRNA 合成酶有关的新的细胞信号活动正延伸到整个合成酶家族，这是aTyr Pharma开发一种全新的蛋白质类药物的发现引擎的基础。

在过去几年中，杨博士，和Schimmel教授等人发现了生物学里一个全新的领域：古老的氨酰tRNA合成酶自然生成的蛋白片段具有全新的信号调控功能。一项果蝇研究说明了有关氨酰tRNA合成酶的一个令人惊讶的致病作用，与已经被充分研究的合成酶的蛋白质合成功能无关。相反，在人体和果蝇模型中，酪氨酰-tRNA合成酶基因编码了一个涉及生物体复杂的神经生物学的独特功能。在氨酰-tRNA 合成酶家族的其他成员中也发现了某些新型独特功能。研究人员致力于通过利用这些具有新型信号调控功能的人体自身蛋白片段，对这个生物学的新领域进行研究，来治疗各种疾病，包括发炎、自身免疫性疾病、造血和代谢紊乱。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Orthogonal use of a human tRNA synthetase active site to achieve multifunctionality

Protein multifunctionality is an emerging explanation for the complexity of higher organisms. In this regard, aminoacyl tRNA synthetases catalyze amino acid activation for protein synthesis, but some also act in pathways for inflammation, angiogenesis and apoptosis. It is unclear how these multiple functions evolved and how they relate to the active site. Here structural modeling analysis, mutagenesis and cell-based functional studies show that the potent angiostatic, natural fragment of human tryptophanyl-tRNA synthetase (TrpRS) associates via tryptophan side chains that protrude from its cognate cellular receptor vascular endothelial cadherin (VE-cadherin). VE-cadherin's tryptophan side chains fit into the tryptophan-specific active site of the synthetase. Thus, specific side chains of the receptor mimic amino acid substrates and expand the functionality of the active site of the synthetase. We propose that orthogonal use of the same active site may be a general way to develop multifunctionality of human tRNA synthetases and other proteins.