5月22日，国际学术期刊Nucleic Acids Research在线发表了中国科学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：“LeuRS can leucylate type I and type II tRNALeus in Streptomyces coelicolor”（https://doi.org/10.1093/nar/gkz443）。
tRNA根据可变环的大小分为两类，长的为I类、短的为II类。亮氨酰-tRNA合成酶（LeuRS）催化tRNALeu的亮氨酰化，生成的亮氨酰-tRNA为蛋白质生物合成的原料。通常，两类tRNALeu由各自的LeuRS催化氨基酰化。但是，在天蓝色链霉菌中的基因组中，只有一种LeuRS（ScoLeuRS）基因，却存在两类tRNALeu（ScotRNALeu）的基因。天蓝色链霉菌属于最高等的放线菌，具有次生代谢过程，能产生包括抗生素在内的多种次生代谢产物。以往的研究表明ScotRNALeu的翻译功能与天蓝色链霉菌的次生代谢产生抗生素过程直接相关。因此，ScotRNALeu的氨基酰化过程对于抗生素合成有重要意义。
在王恩多研究员的指导下，博士研究生范佳奕等人纯化了ScoLeuRS和I类ScotRNALeu(CAA)和II类ScotRNALeu等受体的代表ScotRNALeu(UAA)。他们用酶学动力学研究证明ScoLeuRS能够亮氨酰化两类ScotRNALeu，对II类ScotRNALeu(UAA)具有更高的催化效率。他们通过大量系统的生物化学实验阐明了ScoLeuRS识别两类ScotRNALeu的分子机制。他们发现：(1) ScoLeuRS与以前报道的LeuRS识别tRNALeu的传统辨别子A73不同，它不识别A73，而识别C74; (2) ScotRNALeu可变环的个数而不是碱基类型与ScoLeuRS识别有关；(3) ScoLeuRS识别两类ScotRNALeu的不同处在于tRNA三级结构拐肘结构的三个碱基对，II类ScotRNALeu(UAA)的三对三级结构碱基对对它的氨基酰化极为重要，而I类ScotRNALeu(CAA)中的这三个碱基对并不重要；(4) ScoLeuRS的LSD结构域赋予ScoLeuRS独特的亮氨酰化两类ScotRNALeu的能力, 鉴定了与此有关的关键氨基酸残基。另外，他们通过体内实验发现II类ScotRNALeu(UAA)的亮氨酰化水平与天蓝色链霉菌的抗生素合成呈正相关。他们的研究揭示了一种稀有的LeuRS识别tRNALeu的新机制。
该工作得到国家自然科学基金委员会和中国科学院先导项目的资助。
天蓝色链霉菌体内回补实验结果证明ScotRNALeu(UAA)的亮氨酰化水平与天蓝色链霉菌的抗生素合成正相关
