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本文论述了人D-酪氨酰-tRNA脱酰基酶(h-DTD)的功能研究。
在地球上的三界中的生物,都选择了以L构象的氨基酸作为蛋白质合成的原料,D构象的糖作为核酸合成的原料,D-氨基酸曾经被认为只存在于细菌细胞壁中。随着分析手段的提高,人们发现很多生物体内不仅有D-氨基酸参与蛋白质合成,还存在着大量的游离D-氨基酸。D-氨基酸被发现对很多生物体都具有毒性,在大肠杆菌中D-的氨基酸毒性被发现主要来自于通过氨酰化来占据tRNA(1),造成细胞内能参与正常代谢的L-氨酰化tRNA以及游离tRNA的缺乏,从而抑制蛋白质的合成。三界的生物中都能发现D-酪氨酰-tRNA脱酰酶(D-Tyr-tRNADeacylase,DTD),能够水解多种被错误D-氨酰化的tRNA,来释放tRNA以对D-氨基酸去毒(1-3)。
在人体内,存在着高浓度的D-氨基酸,并且这些D-氨基酸具备着重要的生理功能。在中枢神经系统中存在着高浓度的D-丝氨酸和D-天冬氨酸。D-丝氨酸作为神经系统中起着多种重要功能的谷氨酸受体NMDA受体的生理配基,起着非常重要的作用。而D-天冬氨酸不仅在神经系统总可以起到神经递质/神经调制的作用,在内分泌系统中还能够起着调节激素合成释放的作用(4)。D-天冬氨酸和D-丝氨酸在A β肽中的沉积引起的肽折叠错误一直被认为是阿尔森海默氏病(alzheimers disease,AD)的重要病因。所以控制tRNA的质量,尤其是保证tRNA正确的氨基酸手相偏好性对于保证遗传信息的忠实传递,维持人体尤其是中枢神经系统的正常功能有着重要的作用。
研究表明人D-酪氨酰-tRNA脱酰基酶(h-DTD)主要分布于中枢神经系统的大神经元中,与D-氨基酸在脑中的分布有着很高的一致性。免疫组化和免疫荧光实验都表明h-DTD主要定位于核周,能够和核孔复合体(nuclear pore complex,NPC)标记物共定位。分段定位表明,与DNA结合有关的C端结构域不影响h-DTD的核周定位。使用抗血清来对HeLA细胞内源性h-DTD进行免疫荧光染色,发现处于不同细胞周期中的细胞中,有的h-DTD主要定位于核周而有的在核中也有分布。在M期的细胞中,h-DTD和NPCmarker一样显示出纺锤体样分布。免疫电镜实验表明定h-DTD主要位于HeLa细胞核孔处,在核内以及核仁生发中心也有胶体金颗粒分布。高浓度D-Tyr的处理能够引起tRNA的核聚集,并使的tRNA氨酰化水平不升反降。h-DTD沉默和D-Tyr的处理都能够使tRNA表达水平下降。h-DTD沉默会加重D-Tyr对蛋白质合成的抑制。过表达h-DTD能减弱D-D-Asp和D-Ser的对HeLa细胞的毒性,而h-DTD沉默则会加重其毒性。h-DTD沉默和D-Tyr的处理都使Gl期的细胞总量减少,S和G2/M期的细胞总量增高。这些结果说明核孔处的h-DTD很可能起着过滤D-氨酰化的tRNA的作用,通过水解来防止D-氨酰化的tRNA出核来控制tRNA的质量,在细胞中担负着D-氨基酸去毒的任务。作为一个单独的能作用于多种D-氨酰化tRNA的编辑分子,h-DTD能够高效地在氨酰化这一步防止D-氨基酸参与蛋白质合成,从而阻止D-氨基酸残基在蛋白质中沉积,在抗神经退行性病变的机制中h-DTD很有可能起着重要的作用。