學術新聞

中央大學王健家教授團隊找到基因轉譯酵素的演化關鍵證據 成果刊於頂尖期刊《核酸研究》

發布日期: 2022-01-18    文/生科系、秘書室

中央大學生命科學系王健家教授團隊,成功解開了轉譯酵素如何精確地辨識相對應的tRNA之謎,成果刊登於國際頂尖期刊《核酸研究》《Nucleic Acids Research》。陳如枝攝

中央大學生命科學系王健家教授與印尼籍博士生安媞卡鑽研基因訊息解碼,歷經無數次的實驗失敗及驗證,最後成功找到了基因轉譯酵素的演化關鍵證據!這項令人振奮的成果刊登於最新一期國際頂尖期刊《核酸研究》《Nucleic Acids Research》,不但將人類破解基因密碼又向前推進了一大步,也有助於相關疾病的治療。  

王健家教授表示,基因是一段具有特殊功能的DNA (去氧核糖核酸)片段,帶有製造蛋白質的指令(密碼),這個指令由一群基因轉譯酵素「胺基酸-轉運核醣核酸合成酶」(Aminoacyl-tRNA synthetase)來負責執行,這群酵素將胺基酸正確地接到相對應的轉運核醣核酸(tRNA)分子上,這些帶有胺基酸的tRNA逐一解讀訊息核醣核酸(mRNA)上的密碼,轉譯成胺基酸序列,長鏈胺基酸序列經過摺疊便成為我們所熟知的蛋白質。每一個物種至少有二十個不同的胺基酸-tRNA合成酶,對應不同種類的胺基酸,因此,這群合成酶是控制蛋白質合成的關鍵酵素。  

王健家老師團隊意外地發現,線蟲粒線體的丙胺酸-tRNA合成酶及其相對應的tRNA與眾不同,不僅合成酶的尾端明顯缺少一個功能區域,tRNA的立體結構也缺少L構型(允許tRNA與核糖體位點結合的構造)。這個與眾不同的差異激起他們進一步研究這個功能區域在合成酶裡到底扮演什麼角色。經過反覆的探索、實驗、及驗證,他們最終證實這個功能區域是用來辨識及結合tRNA,其結合位點恰巧落在tRNA的L構型轉角處。因此,沒有這個功能區域,合成酶就無法有效率地辨識及結合L構型的現代tRNA。  

值得一提的是,演化早期的tRNA並非L構型,其形狀更像是螺旋桿狀,它的L構型是在演化後期才逐漸形成的;相對應地,合成酶的功能區域也是在演化後期才融入這個酵素本體的,這些結果提供強而有力的論證,「現今看到的丙胺酸-tRNA合成酶及其相對應的tRNA是共同演化的結果」。

王健家教授團隊投入tRNA研究長達20年,主要探討基因解碼的分子機制及其與疾病之間的關聯性。其中的關鍵酵素「胺基酸-轉運核醣核酸合成酶」除了參與蛋白質合成,與癌症形成、血管新生、免疫、神經發育等息息相關,利用合成酶為標的,亦可篩選新一代抗生素,對抗日益猖獗的「超級細菌」。


遠古的胺基酸-tRNA合成酶(綠色標示)缺少一個功能區域,因此只能辨識及結合遠古的tRNA(螺旋桿狀),
演化後期的合成酶加入了一個新的功能區域(棕色標示),這個功能區域讓現代的合成酶能辨識及結合現代的tRNA (L構型),
其結合位點恰巧落在tRNA的L構型轉角處。圖示王健家教授提供

 
更新日期: 2022-02-18 文章分類: 學術新聞 瀏覽人次: 1928