周小龙研究组和王恩多研究组合作发现哺乳动物细胞质多氨基酰-tRNA合成酶复合物新成员
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时间：2019-07-12
7月9日，国际学术期刊Nucleic Acids Research在线发表了中国科学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）周小龙研究组、王恩多研究组最新研究成果：“Newly acquired N-terminal extension targets threonyl-tRNA synthetase-like protein into the multiple tRNA synthetase complex”。该研究发现哺乳动物细胞质多氨基酰-tRNA合成酶(aaRS)复合物(MSC)新成员。
哺乳动物细胞质含有20种aaRS，其中9种aaRS与3种辅助因子(AIMP1/p43, AIMP2/p38, AIMP3/p18)形成MSC。对于MSC的结构、功能及意义了解较少。之前认为，人基因组中共有37个aaRS基因，负责编码细胞质和线粒体两套蛋白质合成系统所需的aaRS。对于某一种氨基酸而言，一般最多只有两个aaRS基因与之对应，分别编码细胞质和线粒体aaRS。
2013年，王恩多组首次发现，在高等真核生物中，除了TARS和TARS2基因分别编码细胞质和线粒体苏氨酰-tRNA合成酶(ThrRS) 以外，还存在第三种基因TARSL2，编码一个与细胞质ThrRS高度类似的蛋白质 (命名为ThrRS-L)(Nucleic Acids Res., 2013)。ThrRS-L与ThrRS主体结构序列保守性较高，但N-末端进化出截然不同的延伸结构域。进化分析表明，TARSL2是来源于TARS的基因重复, 是迄今在人细胞中发现的第一例aaRS重复基因, 只在高等真核生物中出现，且具有独特的N-末端延伸结构域。进一步通过体内、体外实验研究了小鼠Tarsl2基因(人TARSL2同源基因)在小鼠体内的表达模式、蛋白质的细胞定位及ThrRS-L介导的产生Thr-tRNAThr的合成功能和水解误氨基酰化产物Ser-tRNAThr的编校功能(Nucleic Acids Res., 2018)。
在最新的研究中，通过酵母双杂交实验，筛选到p43是ThrRS-L的一个相互作用蛋白质，而p43是形成人细胞质多aaRS复合物(MSC)的核心成员之一；通过Co-IP实验发现，ThrRS-L是MSC的新成员，在MSC中与p43以及细胞质精氨酰-tRNA合成酶(ArgRS)相互作用；通过序列分析，发现在ThrRS-L 独特的N-末端延伸结构域中含有两个亮氨酸拉链模块，负责介导ThrRS-L与p43、ThrRS-L与ArgRS之间的相互作用；N-末端延伸结构域可以将外源蛋白质整合进MSC中。本研究发现了哺乳动物细胞质MSC复合物新成员ThrRS-L，并详细阐释了ThrRS-L进入MSC的机制，进一步加深了对于MSC复合物形成与结构的认识；也为认识ThrRS-L可能具有的非经典功能提供了新基础。
周小龙研究员与陈云博士为论文共同第一作者，周小龙研究员与王恩多研究员为论文共同通讯作者。该研究得到中科院上海有机化学研究所房鹏飞研究员在结构模拟方面的大力支持。该研究得到了科技部、基金委、中科院及上海市科委的项目资助。
