复旦大学青年千人教授余巍PNAS发表最新研究成果

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2017年1月11日 来源:生物通

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  酪氨酰-tRNA合成酶(TyrRS),因在蛋白质合成中发挥必不可少的氨酰化作用而众所周知。最近,有研究证明TyrRS被转运到细胞核,并抵御由于氧化应激引起的DNA损伤。然而,TyrRS核定位的机制尚不明确。近日,来自复旦大学生命科学学院的研究人员报道称,为了响应氧化应激,TyrRS会变得高度乙酰化。相关研究结果发表在1月9日的《PNAS》杂志。

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生物通报道:酪氨酰-tRNA合成酶(TyrRS),因在蛋白质合成中发挥必不可少的氨酰化作用而众所周知。最近,有研究证明TyrRS被转运到细胞核,并抵御由于氧化应激引起的DNA损伤。然而,TyrRS核定位的机制尚不明确。近日,来自复旦大学生命科学学院的研究人员报道称,为了响应氧化应激,TyrRS会变得高度乙酰化。相关研究结果发表在1月9日的《PNAS》杂志。延伸阅读:复旦大学青年千人郑丙莲等人PLOS发表microRNA研究成果

这项研究的通讯作者是复旦大学生命科学学院青年千人教授余巍博士,其2009年毕业于复旦大学获得理学博士学位,导师是管坤良教授和熊跃教授。2009年9月至2012年8月,于美国威斯康辛大学麦迪逊分校(University of Wisconsin-Madison) Prof. John Denu (AAAS Fellow) 实验室从事博士后工作,2012年9月,晋升为该校生物分子生化系助理研究员(Assistant Scientist),2014年2月被复旦大学生命科学学院聘为研究员、博士生导师,获得“东方学者”特聘教授的称号。余巍教授主要从事蛋白质的乙酰化修饰和代谢相关疾病的研究。近10年来,在Cell、Science等国际知名刊物共发表研究论文10篇,总影响因子184。

氨酰-tRNA合成酶(AARSs)是由20种酶组成的一个家族,这些酶通过酯化它们同源tRNAs 3’端上的特定氨基酸,而催化蛋白质合成的第一步。近日,有研究发现AARSs参与了具体的生理反应,如细胞凋亡、细胞生长和血管生成。酪氨酰-tRNA合成酶(TyrRS或YARS)在真核生物中是保守的,从昆虫到人类,多基个因突变已在其催化结构域中得以确定。这些突变与显性遗传的Charcot Marie Tooth(CMT)疾病相关,这是一种常见的外周神经系统紊乱,是由轴突变性和脱髓鞘引起的。

为了响应氧化应激损伤或血清饥饿胁迫,TyrRS转位到细胞核,在那里它可以通过激活转录因子E2F1和随后的下游DNA修复基因,而抵御DNA损伤。值得注意的是,白藜芦醇可直接结合TyrRS的活性位点,从而引导TyrRS到细胞核,并刺激聚(ADP-核糖)聚合酶1(PARP1)的NAD+依赖性的auto-poly-ADP-核糖基化。有趣的是,在TyrRS的反密码子识别域中的一个六胜肽序列,已被确定为一个核定位信号(NLS)。然而,在应激过程中TyrRS通过何种机制被重新分配在细胞质和细胞核隔室之间,以及TyrRS定位对其氨基酰化和DNA损伤保护的活性的影响,仍然是未知的。

蛋白乙酰化——一个翻译后修饰过程,在进化上一直是保守的——近年来得到了广泛的研究。乙酰化调节着多种细胞过程,包括基因沉默、氧化应激、DNA修复、细胞存活和迁移、代谢。大多数的乙酰化蛋白质作为细胞核中的转录因子和核外的代谢酶。引人注目的是,多个氨酰tRNA合成酶的乙酰化,包括酪氨酰tRNA合成酶,已在许多蛋白质组学研究中被报道过。然而,乙酰化和AARS之间的联系还有待于确认。

在这项研究中,研究人员报道称,为了响应氧化应激,TyrRS变得高度乙酰化,这会促进核易位。此外,p300/CBP相关因子(PCAF),一种乙酰基转移酶,和Sirtuin 1(SIRT1),一种NAD+依赖性的去乙酰化酶,以一种乙酰化依赖性的方式调节着TyrRS核定位。氧化应激可增加PCAF水平,并降低SIRT1水平和去乙酰化酶活性,所有这些都促进了超乙酰TyrRS的核转位。

此外,TyrRS主要是在靠近核定位信号(NLS)的K244残基上被乙酰化的,乙酰化可抑制TyrRS的氨基酰化活性。分子动力学模拟表明,K244的乙酰化可诱导NLS 附近的TyrRS构象变化,从而促进乙酰TyrRS的核转位。在这项研究中,作者表明,在哺乳动物细胞和斑马鱼中,TyrRS的乙酰化K244残基可通过激活转录因子E2F1的下游DNA修复基因,而抵御DNA损伤。这项研究揭示了一种以前未知的机制,乙酰化通过这种机制调节一种氨酰tRNA合成酶,从而影响DNA损伤的修复通路。

生物通:王英)

生物通推荐原文摘要:
Acetylation promotes TyrRS nuclear translocation to prevent oxidative damage
Abstract:Tyrosyl-tRNA synthetase (TyrRS) is well known for its essential aminoacylation function in protein synthesis. Recently, TyrRS has been shown to translocate to the nucleus and protect against DNA damage due to oxidative stress. However, the mechanism of TyrRS nuclear localization has not yet been determined. Herein, we report that TyrRS becomes highly acetylated in response to oxidative stress, which promotes nuclear translocation. Moreover, p300/CBP-associated factor (PCAF), an acetyltransferase, and sirtuin 1 (SIRT1), a NAD+-dependent deacetylase, regulate the nuclear localization of TyrRS in an acetylation-dependent manner. Oxidative stress increases the level of PCAF and decreases the level of SIRT1 and deacetylase activity, all of which promote the nuclear translocation of hyperacetylated TyrRS. Furthermore, TyrRS is primarily acetylated on the K244 residue near the nuclear localization signal (NLS), and acetylation inhibits the aminoacylation activity of TyrRS. Molecular dynamics simulations have shown that the in silico acetylation of K244 induces conformational changes in TyrRS near the NLS, which may promote the nuclear translocation of acetylated TyrRS. Herein, we show that the acetylated K244 residue of TyrRS protects against DNA damage in mammalian cells and zebrafish by activating DNA repair genes downstream of transcription factor E2F1. Our study reveals a previously unknown mechanism by which acetylation regulates an aminoacyl-tRNA synthetase, thus affecting the repair pathways for damaged DNA.

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