生物通报道：来自中科院上海生命科学研究员生物化学与细胞生物学研究所的研究人员在Biochemical　Journal杂志上接连发表两项研究成果：LSD-1元件在亮氨酰-tRNA合成酶催化过程的作用，以及抗广谱药物AN2690的真核亮氨酰-tRNA合成酶转移后编校功能。

这两项研究均由王恩多院士研究组的周小龙博士等人共同完成，这些研究都得到中国科学院，科技部重大科学研究计划，国家自然科学基金委，上海市科委的资助。

第一篇文章中，研究人员揭示亮氨酰-tRNA合成酶(LeuRS)具有多条编校途径，其转移后编校结构域位于插入活性中心的长的连接肽链1 (Connective Peptide 1, CP1）结构域。美国Anacor制药公司筛选出一种编号为AN2690的广谱抗真菌药5-fluoro-1,3-dihydro-1-hydroxy-2,1- benzoxaborole，它使酵母LeuRS的氨基酰化活力下降,丧失转移后的编校。生物化学与结构生物学的研究证实，该化合物与位于酶的CP1结构域的tRNA的3’末端共价结合，其作用靶点是真菌LeuRS的CP1结构域(Science, 2007, 316, 1759-1761)。

研究人员基于真核来源的贾第虫LeuRS（GlLeuRS）的结构和功能的研究，研究和比较了GlLeuRS和人胞质LeuRS（hcLeuRS）存在于CP1中一个称为真核专一的插入片段1（Eukarya-Specific Insertion 1, ESI）的元件，发现ESI参与氨基酸活化、tRNA氨基酰化和转移后编校反应，但不影响转移后编校反应编校的特异性。研究揭示出GlLeuRS的转移后编校功能是其C-端的tRNA结合结构域和CP1结构域协同作用的结果。AN2690不影响GlLeuRS的tRNA亮氨酰化活力和转移后的编校活力，而影响hcLeuRS的这两种活力。这说明GlLeuRS与hcLeuRS的CP1结构域有细微的差异。在GlLeuRS的CP1结构域中引入关键的突变点则可以恢复AN290抑制两种活力的作用。

这项研究发现LeuRS的结构在进化过程中逐渐变化，随之其功能也相应微调；GlLeuRS与hcLeuRS的CP1结构域的差异将为针对GlLeuRS的编校活性结构域为靶点设计治疗贾第虫病的专一药物提供依据，而该药物应该对人细胞无影响。

另外研究人员分析了古菌和真核来源的亮氨酰-tRNA合成酶的LSD-1元件，发现了这一结构在亮氨酰-tRNA合成酶催化过程的作用。

亮氨酰-tRNA合成酶在体内负责催化亮氨酸和对应tRNA之间的酯化反应，生成亮氨酰-tRNA为蛋白质生物合成提供原料。根据特定插入序列在结构中的空间位置以及有无特征的延伸结构域，亮氨酰-tRNA合成酶被划分为细菌类、古菌类和真核类。与原核来源的亮氨酰-tRNA合成酶相比，真核以及古菌类亮氨酰-tRNA合成酶在进化的过程中获得了许多独特的功能未知的结构元件，亮氨酸专一结构域1( leucine-specific-domain 1,LSD-1）就是其中之一。

研究人员研究了古菌和真核来源的亮氨酰-tRNA合成酶的LSD-1元件，在古菌和真核亮氨酰-tRNA合成酶共有的LSD-1区域引入突变时会显著降低酶的氨基酸活化活力，而几乎不影响tRNA氨基酰化的活力。但是将真核亮氨酰-tRNA合成酶的LSD-1特有的延长部分突变后会严重影响其tRNA氨基酰化活力。该研究揭示了LSD-1结构域在亮氨酰-tRNA合成酶催化过程的作用：不参与转移后编校反应，维持了tRNA氨基酰化所需要的构象。

（生物通：万纹）

作者简介：

王恩多

研究员，博士生导师。

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。
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月在加拿大Laval大学生物化学系，进行合作研究。

为中国科学院上海生命科学院生物化学与细胞生物学研究所学位评定委员会委员。从事生物化学与分子生物学研究，研究方向为酶与核酸的相互作用。目前主要以氨基酰-tRNA合成酶和相关tRNA为对象进行研究。已主持和承担国家和中国科学院重大和重点研究项目14项。发表论文80余篇，申请发明专利4项，以第一完成人获得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。已指导和培养博士研究生16名，硕士生3名，所培养的研究生获得包括中国科学院院长奖学金的各类奖项20人次。曾多次获得上海市“三八红旗手”、2000年度上海市“三八红旗手标兵”、1998－2000年度上海市劳动模范称号。


研究简介

研究方向为酶与核酸的相互作用，氨基酰-tRNA合成酶是蛋白质生物合成过程中的一类关键酶。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。 所以研究氨基酰-tRNA合成酶具有重要的生物学意义。随着研究的深入，氨基酰-tRNA合成酶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、生物化学与生物物理方法，从基因克隆、高表达和突变入手，研究不同来源的亮氨酰-和精氨酰-tRNA合成酶(LeuRS, ArgRS)及其相关tRNA的相互作用。重点研究酶分子上与相关tRNA精确相互作用的氨基酸残基和结构域，这种精确识别包括合成正确产物和校正错误的中间产物和终产物的催化机制；tRNA分子上与酶精确识别的硷基；不同来源的同种氨基酰-tRNA合成酶对抑制剂的选择性。以了解酶与tRNA相互作用与精确识别的结构基础和作用机理。过去的研究结果有：通过基因定点研究了ArgRS与氨基酰化活力有关的重要的氨基酸残基；首次发现大肠杆菌tRNAArg2分子上的A20是大肠杆菌ArgRS识别tRNA的重要元件；首次结晶了大肠杆菌ArgRS，解出了晶胞参数，对晶体进行了初步研究；用核磁共振方法研究了ArgRS与底物结合时引起的构象变化。首次发现并证明LeuRS的CP1结构域内的292E和293A间的肽键对酶活力至关重要; 首次发现LeuRS的292E－293A肽键间插入253－292之间40个氨基酸残基的插入突变变种LeuRS-A催化tRNALeu2亮氨酰化的速度为tRNALeu1的3倍，证明了LeuRS-A对tRNALeu等受体的识别是对接受茎上第一对碱基对是否为摆动碱基对的识别;首次发现LeuRS的CP1是编校活性中心所在，某些在该结构域的变种也可以不同程度误氨基酰化tRNALeu的等受体。研究结果多次被《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《生物化学》的研究论文引用。研究组与法国，加拿大，美国等多家实验室有合作研究关系。
 

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