吡咯離胺醯-tRNA合成酶酵素催化機制探討

Abstract

生物正交胺醯-核醣核酸合成酶‧轉核醣核酸(aaRS‧tRNA)配對為擴展遺傳密碼研究中的重要元素。吡咯-轉核醣核酸合成酶(PylRS)可催化非典型胺基酸的活化，將其透過醯化作用，接至同源tRNA上。在前行研究中，演化樹內另一群不具N端結構的ΔNPylRS，已被證實在大腸桿菌與哺乳類細胞中具有生物正交性。與Methanosarcina mazei(Mm)PylRS不同的是，MmPylRS必須同時具有與tRNA互相辨識的N端，和進行催化反應的C端，而不具N端結構的ΔNPylRS，仍然可成功將非典型胺基酸嵌入蛋白中。同實驗室之前的研究顯示MmPylRS•MmtRNA配對，和Methanogenic archaeon ISO4-G1 (G1) PylRS•G1tRNA配對，為相互生物正交。在此項研究中，更進一步發現野生株Methanogenic archaeon ISO4-G1 (G1) PylRS•G1tRNA配對，G1PylRS•Methanonatronarchaeum termitum (Mt) tRNA異種配對，可拓展其酵素的受質辨認領域，包含D-胺基酸和苯丙氨酸(Phenylalanine)類似物。此外，突變株G1PylRS-GQG (其變異位被發現可擴大PylRS酵素活性位)，能辨認色氨酸(tryptophan)類似物。為了分析G1PylRS催化口袋，我們透過蛋白質晶體學，解出G1PylRS的apo form，以及含AMP、AMPCPP的複合體(bound form)晶體結構，並進一步解出G1PylRS-GQG的晶體結構。此外，確立其催化口袋介於開放和閉合間的不同過渡型態之結構，進一步暗示MmPylRS與G1PylRS之間活性位點及催化機制的不同。