景杰学术/报道

2020年6月3日，国际学术期刊Nucleic Acids Research （IF=11.147）在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所周小龙课题组、王恩多课题组与中科院生物物理研究所陈畅课题组合作研究成果。研究首次发现硝化应激对ThrRS氨基酰化与编校反应的抑制作用，揭示了亚硝基化修饰对哺乳动物细胞蛋白质合成的速度与精确性的调控，为揭示亨廷顿神经退行性疾病的分子机制提供了新的线索。

蛋白质合成是一切生命活动的基础，其紊乱导致系列人类疾病。aaRS酶(aminoacyl-tRNA synthetase, aaRS)催化tRNA氨基酰化反应及编校反应，决定蛋白质合成的速度与精确性。研究发现，蛋白质合成的速度与精确性受营养、环境、病原体感染等因素的调控。例如，在氧化应激(oxidative stress)条件下，细菌苏氨酰-tRNA合成酶(ThrRS)编校活性位点的半胱氨酸(Cys)会被次磺酸化修饰，导致编校活性丧失，造成错误翻译(mistranslation)；沙门氏菌苯丙氨酰-tRNA合成酶(PheRS)在氧化应激情况下发生氧化修饰，却促进编校反应。但长期以来，硝化应激(nitrosative stress)对于蛋白质合成的潜在调节作用一直未知。

该项研究中，研究人员首先发现：活性氧H₂O₂引起的氧化应激不能调节人或鼠线粒体及细胞质ThrRS的活性；与之相反的是，活性氮(Reactive Nitrogen Species, RNS)的一氧化氮供体GSNO却显著下调线粒体ThrRS的氨基酰化与误氨基酰化能力。研究人员通过自主优化的IBP方法(Irreversible Biotin-switch Procedures)，结合质谱分析，鉴定了线粒体ThrRS上4个Cys残基被亚硝基化修饰，其中一个残基(Cys409)是氨基酸活化的活性中心；通过构建突变体，结合生化分析，发现发生在每一个Cys残基的亚硝基化修饰均不同程度地下调了酶的氨基酰化与编校反应活力。

hmtThrRS中S-亚硝化修饰Cys残基的鉴定

研究人员进一步分别从人源细胞线粒体和小鼠皮层组织中鉴定到8种线粒体aaRS和14种细胞质aaRS被亚硝基化修饰。并且在亨廷顿疾病(Huntington disease)小鼠模型中检测到皮层组织线粒体ThrRS亚硝基化修饰显著降低，提示线粒体蛋白质合成调控在疾病中的潜在作用。

RNS介导的亚硝基化修饰对于线粒体ThrRS活力的调节作用示意图

据悉，分子细胞卓越中心（生物化学与细胞生物学研究所）与上海科技大学联合培养博士研究生郑文强、生物物理所博士张玉英、研究生姚勤及陈于哲为本文共同第一作者，研究员周小龙、陈畅、王恩多为论文共同通讯作者。该研究得到生物物理所博士王曦在蛋白质自由巯基分析方面的大力支持；华中科技大学李和惠教授赠亨廷顿R6/1模型小鼠。

参考文献

Wen-Qiang Zheng, et al., 2020, Nitrosative stress inhibits aminoacylation and editing activities of mitochondrial threonyl-tRNA synthetase by S-nitrosation. Nucleic Acids Research.

往期精彩回顾

亚硝基化：聚焦S-亚硝基化-山东农业大学史庆华团队连发2篇文章阐明GSNOR介导的S-亚硝基化在番茄抗盐碱和调控多种发育过程中的关键作用

亚硝基化与肠道微生物：Cell：亚硝基化修饰介导肠道微生物对宿主的影响

蛋白质合成和琥珀酰化：琥珀酰化修饰组学捷报再传，赵国屏院士团队揭示链霉菌蛋白质合成和碳代谢调控机制

氧化修饰和蛋白合成：NAT COMMUN：线粒体ROS通过半胱氨酸氧化修饰调控蛋白质合成

乙酰化与染色体分离：Nucleic Acids Research：赵国屏/赵维团队揭示乙酰化修饰对细菌染色体分离的调控机制

---

本文景杰学术团队原创解读，欢迎转发到朋友圈。如有转载、投稿、等其他合作需求，请文章下方留言，或添加微信ptm-market咨询。

#关注领取新人福利，下载最近三年影响因子（后台发送关键词“新人”）