王恩多院士JBC文章解析内亮氨酰-tRNA合成酶功能

　　

8月15日，The Journal of Biological Chemistry发表了上海生科院生化与细胞所王恩多研究组的最新研究成果：通过敲除亮氨酰-tRNA合成酶基因的酵母菌株揭示对酵母细胞质亮氨酰-tRNA合成酶（LeuRS）最佳编校活力关键而独特的氨基酸残基。

 

LeuRS含有编校结构域，通过编校功能从非对应氨基酸中区亮氨酸以保证蛋白质生物合成的忠实性。为了更清楚地了解真核生物LeuRS编校机制，王恩多研究组的博士研究生姚鹏等研究人员成功构建了酵母细胞质LeuRS(ycLeuRS)基因(leuS)敲除的酵母菌株(ScleuS)，用以在酵母（Saccharomyces cerevisiae）和人细胞质中分析LeuRS催化tRNA氨基化的性质。对编校功能有缺陷的ycLeuRS变种的体外测定的数据与用ScleuS内得到的体内数据相符。研究结果表明ycLeuRS的转移后编校途经在保证氨基酰化的忠实性方面起着关键作用；在非对应氨基酸存在的条件下，带有编校功能缺陷的LeuRS变种的细胞存活率大大下降。该项研究指出某些围绕编校活性中心的半保守氨基酸残基在调节编校效率方面是非常重要的。这一体内研究系统可用于检查潜在的靶向真菌LeuRS的氨基酰化活性中心和编校活性中心的化合物（新药）是否有效。

 

原文摘要：Unique Residues Crucial for Optimal Editing in Yeast Cytoplasmic Leucyl-tRNA Synthetase Are Revealed by Using a Novel Knockout Yeast Strain

 

J. Biol. Chem., Aug 2008; 283: 22591 - 22600 ; doi:10.1074/jbc.M801181200

 

【Abstract】

Leucyl-tRNA synthetase (LeuRS) contains an editing domain that discriminates leucine from noncognate amino acids to ensure translational fidelity. In this study, a knock-out strain for Saccharomyces cerevisiae LeuRS was constructed to analyze in vivo the tRNA aminoacylation properties of S. cerevisiae and human cytoplasmic LeuRSs. The activities of several editing-defective mutants of ycLeuRS were determined in vitro and compared with those obtained in vivo in a complementation assay performed in the knock-out strain. The editing activities of these mutants were analyzed in the presence of either norvaline, a leucine analogue, or AN2690, a specific inhibitor that targets the editing active site. In general, the in vivo data are consistent with those obtained in vitro. Our results show that ycLeuRS post-transfer editing plays a crucial role in the establishment of the aminoacylation fidelity. When impaired, the viability of cells bearing editing-defective mutants is drastically decreased in the presence of noncognate amino acid. This study also emphasizes the crucial function of some semi-conserved residues around the editing site in modulating the editing efficiency. The assay system can be used to test the effect of compounds that potentially target the aminoacylation or editing active site of fungal LeuRS.

 

王恩多

 

研究员，中科院院士，博士生导师，分子生物学国家重点实验室学术委员会主任

电话：54921241

E-mail: [e-mail]

 

 

个人简介：

1965-1969和1978-1981两次中国科学院上海生物化学研究所研究生毕业。1986年任生化所副研究员，1993年任研究员，博士生导师。1984-1987年在美国加州大学戴维斯分校医学院访问，1992年10-12月，1994年10-12月，1998年1-4月在法国斯特拉丝堡法国国家科学研究中心分子与细胞研究所合作研究，1996年9月-1997年2月在香港科学技术大学生物化学系进行研究工作，2000年6-8月和2003年9-10月在加拿大Laval大学生物化学系，进行合作研究。第十届全国人大代表，第十二届上海市妇联执行委员，1994年度上海“三八”红旗手，2000年度上海“三八” 红旗手，1999-2000年度上海市“三八”红旗手标兵，1998-2000年度上海市劳动模范，2002年获上海市巾帼创新奖同时命名为上海市“三八”红旗手标兵，2005年上海三八妇女荣誉奖章，2006年全国五一劳动奖章。 已主持和承担国家和中国科学院重大和重点研究项目20项。发表论文100余篇，授权发明专利3项。2000年度上海市科学技术进步奖一等奖1项。 2001年度国家自然科学奖二等奖1项，中科院优秀研究生导师奖4次，2006年何梁何利科学与技术进步奖。所培养的研究生50余人次获得包括全国优秀博士论文奖和提名奖、中国科学院优秀博士论文奖和院长特别奖等各类奖项。分子生物学国家重点实验室学术委员会主任，所学术委员会和学位评定委员会委员，中国生物化学与分子生物学常务理事，美国生物化学与分子生物学学会会员。《生命科学》常务副主编,《生物化学与生物物理学报》编委会委员。《EMBO　J》, 《Biochemistry(US)》, 《Nucleic Acids Research》和《J. Biol. Chem.》审稿人。2005年当选中国科学院院士，2006年当选为第三世界科学院院士。

 

研究方向：蛋白质生物合成的质量控制

 

研究工作：

从事生物化学与分子生物学研究，研究方向为核酸与酶的相互作用。目前主要以tRNA和相关氨基酰-tRNA合成酶为对象进行研究。氨基酰-tRNA合成酶是蛋白质生物合成过程中的关键酶，它催化蛋白质生物合成过程中的第一步反应－tRNA的氨基酰化反应。氨基酰-tRNA合成酶对tRNA的精确识别保证了遗传信息由核酸传递到蛋白质的精确性。所以研究tRNA与氨基酰-tRNA合成酶的相互作用具有重要的生物学意义。随着研究的深入，该项研究还可以为人类的疾病防止和治疗、改善人类生存环境提供理论依据和新的思路。

 

本研究组用分子生物学、生物化学、细胞生物学、化学和生物物理方法，以亮氨酸tRNA/亮氨酰-tRNA合成酶(LeuRS)和精氨酸tRNA/精氨酰-tRNA合成酶(ArgRS)的系统进行“核酸与酶的相互作用”研究。目前重点研究LeuRS的编校功能，与编校功能有关的结构域和亮氨酸tRNA分子上的硷基，超嗜热菌亮氨酸tRNA与LeuRS的相互作用，不同种属的亮氨酸tRNA/LeuRS和精氨酸tRNA/ArgRS的交叉识别，人线粒体和细胞质LeuRS和ArgRS及其与亮氨酸tRNA和精氨酸tRNA的相互作用。

 

研究组已发表研究论文100余篇，发表SCI收录的研究论文约80篇，其中在国外学术刊物发表51篇。研究结果200余次被《生物化学年鉴》和《细胞》中的综述，《美国科学院院报》，《欧洲分子生物学组织杂志》和《分子细胞》的研究论文引用。研究组与法国，加拿大，美国和香港等多家实验室有合作研究关系。

 

（生物通 张欢）