中國科學院生物化學與細胞生物學研究所王恩多院士課題組在學術期刊Nucleic Acids Research 在線發表題為“A threonyl-tRNA synthetase-like protein has tRNA aminoacylation and editing activities”的研究論文。研究揭示哺乳動物中*的重復基因編碼的aaRS（氨基酰-tRNA合成酶）的經典功能；同時揭示了小鼠Tarsl2（人TARSL2同源基因）的表達與分布特性，該論文由王恩多研究員和周小龍研究員共同指導，博士生*為作者。








aaRS背景介紹

aaRS是一類維持生命活動*的看家酶，能夠催化tRNA氨基酰化反應，生成氨基酰-tRNA參與蛋白質合成。高等真核生物中aaRS還參與血管發育、腫瘤發生、免疫應答、發育過程和基因表達調控等一系列翻譯過程之外的非經典功能。人核基因組中共有37個aaRS基因，負責編碼細胞質和線粒體兩套蛋白質合成系統所需的aaRS。aaRS的催化特異性對遺傳信息的準確傳遞十分重要，例如對于某一種氨基酸而言，一般只有兩個aaRS基因與之對應，分別編碼細胞質和線粒體aaRS。但在2013年，王恩多課題組發現，在高等真核生物中，除了TARS和TARS2基因分別編碼細胞質和線粒體蘇氨酰-tRNA合成酶 （ThrRS） 以外，還存在第三種基因TARSL2，編碼一個與細胞質ThrRS高度類似的蛋白質 （命名為ThrRS-like, ThrRS-L）。ThrRS-L與ThrRS主體結構序列相對保守，具有*的N-末端延伸結構域。這是目前在人細胞中發現的例aaRS重復基因。ThrRS-L具有相對保守的合成和編校結構域，但是否具有經典的蛋白質合成功能懸而未決。


科學家如何解決科學難題

王恩多研究員和周小龍研究員以小鼠為研究對象，通過體內外實驗探究小鼠Tarsl2基因在小鼠體內的表達模式、蛋白亞細胞定位及由ThrRS-L介導的產生Thr-tRNAThr的合成功能和水解誤氨基酰化產物Ser-tRNAThr的編校功能。數據表明Tarsl2基因在小鼠組織中普遍表達，但具有組織特異性，在肌肉和心臟中含量，暗示其在心臟和肌肉發育及運轉過程中發揮作用；此外，與小鼠胞質ThrRS （mThrRS，Tars編碼） 的細胞質定位不同，Tarsl2編碼的蛋白質 （mThrRS-L） 在細胞質與細胞核中均有分布，由C-末端核定位信號介導細胞核定位，暗示它在細胞核內發揮某種特定功能。這些發現為深入研究其可能介導的非經典功能奠定理論基礎。通過體外酶學動力學研究發現，mThrRS-L具有與mThrRS相似的合成和編校活性，但編校錯誤產物能力明顯降低以及跨物種交叉識別tRNA的能力存在差異，表明在經典功能方面，兩者存在差別。