研究人類粒線體AARS2的tRNA辨認機制

Aminoacyl-tRNA synthetases (aaRSs)是一群必要的轉譯酵素，它們的主要功能是將胺基酸接到相對應的tRNA (胺醯化反應)，形成aminoacyl-tRNA，接著aminoacyl-tRNA會被延長因子攜帶至核醣體進行蛋白質合成。aaRSs主要是透過tRNA上的識別決定基(identity elements)來辨認相對應的tRNA。識別決定基多數集中在acceptor stem及anticodon loop上，不同的tRNA，含有不同的識別決定基。一般而言，tRNA的識別決定基在演化上高度保留，不會因物種來源不同而有所差異，例如Alanine tRNA (tRNAAla)的識別決定基是在acceptor stem上的一個G3:U70鹼基配對，對幾乎所有物種的tRNAAla而言，G3:U70都是唯一且不可或缺的識別決定基；如果改變tRNAAla的G3:U70，這個tRNA就無法被alanyl-tRNA synthetase (AlaRS)辨認及胺醯化；相反地，如果只是改變tRNAAla的反密碼，並不影響其胺醯化效率。蛋白質序列比對及三級結構分析顯示：AlaRS的tRNA結合位置上有二個高度保留的胺基酸(Asp及Asn)，這二個胺基酸專門負責辨認G3:U70。令人驚訝的是人類粒線體AlaRS (AlaRSm或AARS2)的相對應位置上並非Asp及Asn，更令人驚訝的是人類粒線體tRNAAla (tRNAmAla)上並沒有G3:U70。我們初步的實驗結果顯示：人類粒線體AlaRS辨認的識別決定基並非G3:U70。另外，最近有研究報告指稱人類粒線體AlaRS突變會引起嬰兒心肌症，但是詳細機制尚不清楚。為了解開這些謎團，我們擬定了一個三年期的研究計畫，重點包括：(1)研究人類粒線體AlaRS如何辨認非典型tRNAAla (沒有G3:U70)；(2)研究人類粒線體AlaRS突變為何會導致嬰兒心肌症。