王恩多院士组RNA解析人胞质亮氨酰-tRNA合成酶

　　

　　7月29日，国际学术期刊RNA在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所王恩多课题组的最新研究成果，解析了人胞质亮氨酰-tRNA合成酶的CP发卡结构域在酶催化过程中的功能和机制。

　　亮氨酰-tRNA合成酶(LeuRS)催化亮氨酸和对应tRNALeu之间的酯化反应。亮氨酸和异亮氨酸、甲硫氨酸、正缬氨酸的结构非常相似，亮氨酰-tRNA合成酶对上述氨基酸的辨别能力很低，有可能生成错误的氨基酰-tRNALeu。在进化中，亮氨酰-tRNA合成酶在原始的催化结构域之上招募了新的编校结构域，对误氨基酰化产物进行水解，确保蛋白质翻译过程正确进行。连接催化结构域和编校结构域之间的氨基酸序列被称为CP发卡结构域。人们普遍认为，这一结构域可能维持酶的空间结构，并参与了酶催化过程中的构象变化，但对其细节却知之甚少。

　　来自王恩多课题组的科研人员黄骞等删除了人胞质亮氨酰-tRNA合成酶的CP发卡结构域，发现酶的氨基酸活化能力和氨基酰化能力完全丧失，tRNA结合能力极大削弱，而编校功能几乎不受影响。他们构建了一系列原核、真核和古细菌的嵌合体亮氨酰-tRNA合成酶，发现只有来自于真核生物酵母的亮氨酰-tRNA合成酶CP发卡结构域可以替代人胞质亮氨酰-tRNA合成酶CP发卡结构域的功能。

    通过结构和序列分析发现，这一结构域的柔性氨基酸残基参与了酶催化过程中的构象变化，对于酶的氨基酸活化能力和氨基酰化能力的发挥至关重要，而极性氨基酸残基则负责酶与tRNALeu的结合过程。

　　这一结果有助于人们更好地了解亮氨酰-tRNA合成酶的催化原理，发现人胞质亮氨酰-tRNA合成酶和致病菌亮氨酰-tRNA合成酶的结构差异，有针对性地设计新的抗生素药物。

　　该项工作得到了国家科技部、国家自然科学基金委和中国博士后科学基金会的支持。

原文摘要：

A bridge between the aminoacylation and editing domains of leucyl-tRNA synthetase is crucial for its synthetic activity

eucyl-tRNA synthetases (LeuRSs) catalyze the linkage of leucine with tRNALeu. LeuRS contains a catalysis domain (aminoacylation) and a CP1 domain (editing). CP1 is inserted 35 Å from the aminoacylation domain. Aminoacylation and editing require CP1 to swing to the coordinated conformation. The neck between the CP1 domain and the aminoacylation domain is defined as the CP1 hairpin. The location of the CP1 hairpin suggests a crucial role in the CP1 swing and domain–domain interaction. Here, the CP1 hairpin of Homo sapiens cytoplasmic LeuRS (hcLeuRS) was deleted or substituted by those from other representative species. Lack of a CP1 hairpin led to complete loss of aminoacylation, amino acid activation, and tRNA binding; however, the mutants retained post-transfer editing. Only the CP1 hairpin from Saccharomyces cerevisiae LeuRS (ScLeuRS) could partly rescue the hcLeuRS functions. Further site-directed mutagenesis indicated that the flexibility of small residues and the charge of polar residues in the CP1 hairpin are crucial for the function of LeuRS.