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亚搏娱乐网页版入口氨基酰-tRNA合成酶的经典功能即催化tRNA的氨基酰化反应

  • 2019-12-28 14:03
  • 科技探索
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上海生科院发现钙蛋白酶水解氨基酰-tRNA合成酶复合体 亚搏娱乐网页版入口 1 鉴定或推测钙蛋白酶calpain水解MSC成员的氨基酸区域

8月31日,国际学术期刊Journal of Biological Chemistry 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研究组的最新研究成果,揭示了钙蛋白酶calpain参与水解多氨基酰-tRNA合成酶复合体,从而调控MSC成员的各种生物学功能。

4月28日,国际学术期刊《生物化学杂志》(Journal of Biological Chemistry)在线发表了中国科学院上海生命科学研究院分子细胞科学卓越创新中心/生物化学与细胞生物学研究所王恩多研究组的最新研究成果:Acetylation of lysine ε-amino groups regulates aminoacyl-tRNA synthetase activity in Escherichia coli

8月31日,国际学术期刊JournalofBiologicalChemistry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研究组的最新研究成果,揭示了钙蛋白酶calpain参与水解多氨基酰-tRNA合成酶复合体,从而调控MSC成员的各种生物学功能。

氨基酰-tRNA合成酶的经典功能即催化tRNA的氨基酰化反应,合成相应氨基酰-tRNA,为蛋白质的生物合成提供重要原料。相对于原核生物中游离存在的aaRS,在真核生物aaRS能通过在生物进化中获得的附加结构域相互作用,形成多种aaRS组成的复合物,如在高等哺乳动物的细胞质中9种aaRSs和3种非酶辅因子组成的大分子复合物MSC (multiple aminoacyl-tRNA synthetase complex)。 最近的研究表明,外界刺激诱发的级联反应能迅速释放MSC中的某些成员,行使有别于经典的催化tRNA氨基酰化的非经典功能。目前研究结果表明,成员从MSC中释放主要来源于对MSC成员的磷酸化修饰。然而对MSC整体调控机制尚未见报道。因此,全面研究调控MSC的各种因素,不仅能更好地揭示aaRS参与蛋白质合成调控的分子机制,还有助于为aaRS非经典功能研究以及与aaRS相关的疾病诊断和治疗提供理论基础。

氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase,aaRS)催化氨基酸和对应的tRNA底物之间的酯化反应,生成氨基酰-tRNA(aminoacyl-tRNA,aa-tRNA),为在核糖体上进行的蛋白质合成提供原料。基于催化结构域和氨基酰化反应在tRNA末端核糖上发生位置的异同,aaRS可以被分为I类和II类两大类。亮氨酰-tRNA合成酶(leucyl-tRNA synthetase,LeuRS)、精氨酰-tRNA合成酶(arginyl-tRNA sythetase,ArgRS)属于I类酶。已有报道表明,一些aaRS的磷酸化修饰可参与大肠杆菌的耐药机制或哺乳动物细胞的氧化应激等信号通路,但是鲜见关于aaRS上其它类型的翻译后修饰的深入研究。

亚搏娱乐网页版入口 ,氨基酰-tRNA合成酶的经典功能即催化tRNA的氨基酰化反应,合成相应氨基酰-tRNA,为蛋白质的生物合成提供重要原料。相对于原核生物中游离存在的aaRS,在真核生物aaRS能通过在生物进化中获得的附加结构域相互作用,形成多种aaRS组成的复合物,如在高等哺乳动物的细胞质中9种aaRSs和3种非酶辅因子组成的大分子复合物MSC(multipleaminoacyl-tRNAsynthetasecomplex)。最近的研究表明,外界刺激诱发的级联反应能迅速释放MSC中的某些成员,行使有别于经典的催化tRNA氨基酰化的非经典功能。目前研究结果表明,成员从MSC中释放主要在研究员王恩多的指导下,博士研究生雷辉燕等人以亮氨酰-tRNA合成酶为诱饵,通过酵母双杂交方法筛选到与其相互作用的中性钙蛋白酶calpain2。进一步研究发现钙蛋白酶家族成员calpain2和calpain1均能部分水解MSC成员,影响MSC组装,释放出多种专一的蛋白质片段,这些片段在表观上与已报道的多数aaRS功能性结构域类似。另外,通过蛋白质N-端测序,他们鉴定了精氨酰-tRNA合成酶、谷氨酰氨酰-tRNA合成酶被calpain酶切位点。经calpain调控,ArgRS,GlnRS以及p43的N-端均被水解去除,分别形成相应的截短形式ArgRSΔN63,GlnRSΔN198,p43ΔN106。通过分别比较和测定不同形式ArgRS和GlnRS的酶活性表明ArgRSΔN63拥有与野生型ArgRS相当的催化tRNA氨基酰化的效率;而GlnRSΔN198对其底物谷氨酰胺和tRNAGln的亲合力明显降低,暗示calpain的水解调控对GlnRS依赖谷氨酰胺抗细胞凋亡的功能具有重要的影响。他们还发现p43ΔN106能在血清饥饿诱导下大量生成并分泌到胞外。进一步分析发现p43ΔN106与凋亡释放因子p43完全一致,他们进一步在细胞水平验证了p43ΔN106在凋亡U937细胞中的形成与胞外分泌完全依赖于calpain的水解活性。以上数据均暗示,calpain在解离MSC、调控其成员的经典与非经典功能中可能具有重要的作用。

在研究员王恩多的指导下,博士研究生雷辉燕等人以亮氨酰-tRNA合成酶为诱饵,通过酵母双杂交方法筛选到与其相互作用的中性钙蛋白酶calpain 2。 进一步研究发现钙蛋白酶家族成员calpain 2和calpain 1均能部分水解MSC成员,影响MSC组装,释放出多种专一的蛋白质片段,这些片段在表观上与已报道的多数aaRS功能性结构域类似。另外,通过蛋白质N-端测序,他们鉴定了精氨酰-tRNA合成酶、谷氨酰氨酰-tRNA合成酶以及非酶辅因子1被calpain酶切位点。经calpain调控,ArgRS,GlnRS以及p43的N-端均被水解去除,分别形成相应的截短形式ArgRSΔN63,GlnRSΔN198,p43ΔN106。通过分别比较和测定不同形式ArgRS和GlnRS的酶活性表明ArgRSΔN63拥有与野生型ArgRS相当的催化tRNA氨基酰化的效率;而 GlnRSΔN198对其底物谷氨酰胺和tRNAGln的亲合力明显降低,暗示calpain的水解调控对GlnRS依赖谷氨酰胺抗细胞凋亡的功能具有重要的影响。他们还发现p43ΔN106能在血清饥饿诱导下大量生成并分泌到胞外。进一步分析发现p43ΔN106与凋亡释放因子p43完全一致,他们进一步在细胞水平验证了p43ΔN106在凋亡U937细胞中的形成与胞外分泌完全依赖于calpain的水解活性。以上数据均暗示,calpain在解离MSC、调控其成员的经典与非经典功能中可能具有重要的作用。

蛋白质组学分析表明,来自大肠杆菌(Escherichia coli)到人类(Homo sapiens)的aaRS都具有乙酰化修饰,且一些被鉴定到具有乙酰化修饰的赖氨酸残基是保守的。在王恩多指导下,博士研究生叶青等人研究了大肠杆菌中aaRS的乙酰化修饰对酶活力带来的影响。他们通过质谱鉴定获得了大肠杆菌体内LeuRS (EcLeuRS)和ArgRS (EcArgRS)乙酰化修饰的位点信息;利用谷氨酰胺(glutamine,Glu)扫描(Glu scanning,模拟具有乙酰化修饰的Lys)发现EcLeuRS上的3个位点(Lys619、Lys624和Lys809)和EcArgRS上的2个位点(Lys126和Lys408)对酶的催化活力具有重要作用;使用pAcKRS系统,获得了定点插入ε-氨基乙酰化的赖氨酸(Nε-acetyl-L-lysine,Ac-Lys)的EcLeuRS和EcArgRS。他们在分析以上乙酰化修饰的酶的性质后,发现以上Lys残基的乙酰化修饰的酶降低了氨基酸的活化活力和酶与对应tRNA之间的亲和力,使酶的氨基酰化活力降低或丧失。此外,他们通过体外实验发现,一种被报道可以在原核细胞中化学修饰乙酰化蛋白质的高能化合物乙酰磷酸(acetyl-phosphate,AcP)和沉默信息调节因子2相关酶(silent information regulator 2-related enzymes,Sirtuin)家族的去乙酰化酶CobB可能参与乙酰化和去乙酰化修饰EcLeuRS和EcArgRS的调节。以上研究结果揭示了乙酰化修饰对aaRS氨基酰化活力潜在的调节功能,首次提出乙酰化修饰可能作为一种翻译后水平的开关控制aaRS的活力,从而影响蛋白质翻译过程。

该研究工作得到了国家自然科学基金、国家基础研究基金、中国科学院和上海市科委的资助;该成果数据收集工作得到生化与细胞所公共技术服务中心的支持。

该研究工作得到了国家自然科学基金、国家基础研究基金、中国科学院和上海市科委的资助;该成果数据收集工作得到生化与细胞所公共技术服务中心的支持。

该项研究获得国家科技部、国家自然科学基金、中科院等的经费资助。数据收集工作得到生化与细胞所公共技术服务中心的支持。

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鉴定或推测钙蛋白酶calpain水解MSC成员的氨基酸区域

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图:AcP和CobB通过调控aaRS的乙酰化和去乙酰化修饰调节它的氨基酰化活力。一定的生理条件下AcP通过上调aaRS的乙酰化水平,关闭酶活性;而乙酰化修饰可通过CobB的去乙酰化使aaRS恢复活性。