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氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-RNA synthetase，aaRS)催化氨基酸和对应tRNA之间的酯化反应，生成氨基酰-tRNA，参与蛋白质的生物合成。生物体内一般存在20种aaRS与20种氨基酸一一对应。苏氨酰-tRNA合成酶(threonyl-tRNA synthetase，ThrRS)专一地催化生成苏氨酰-tRNAThr(Thr-tRNAThr)作为蛋白质生物合成的原料。ThrRS在一级结构上由编校结构域、催化结构域和反密码子结合结构域等多个功能结构域组成。ThrRS的氨基酰化结构域可以误活化和误氨基酰化数种非对应氨基酸，但是它的编校结构域进化出编校活性能够水解去除错误产物以保证蛋白质生物合成的精确性。与原核生物的同源酶相比较，真核生物细胞质ThrRS在N-末端进化出延伸结构域，该结构域在氨基酰化、编校反应中的功能尚不明确。 由于aaRS的功能对于蛋白质翻译非常关键，很多aaRS的基因突变会导致人类疾病。比如，据报道包括人细胞质丙氨酰-tRNA合成酶(AlaRS)、甘氨酰-tRNA合成酶(GlyRS)、酪氨酰-tRNA合成酶(TyrRS)和赖氨酰-tRNA合成酶(LysRS)的4种aaRS基因的突变会导致人的进行性神经性肌萎缩症。尽管目前还没有鉴定到人细胞质ThrRS的致病突变，但是系统、完整地阐明真核生物细胞质ThrRS的功能对于未来疾病诊断和治疗奠定理论基础。 酿酒酵母ThrRS(Saccharomyces cerevisiae ThrRS，ScThrRS)为同源二聚体，具有典型的真核生物结构模体，包含四个与原核生物同源的结构域和一个真核生物专一的N-末端延伸结构域。因此，ScThrRS是研究真核生物ThrRS功能的理想模型。通过构建两个ScThrRS基因(thrS)突变库，并在酵母thrS敲除菌株中进行遗传筛选，我们鉴定到12个影响ScThrRS功能的突变体。这些突变体不同程度地降低了ScThrRS的氨基酰化或编校活力，以及破坏了酶的二聚化能力。为研究人胞质ThrRS(Homo sapiens cytosolic ThrRS，HsThrRS)的功能，我们将鉴定的ScThrRS基因突变依次引入Hs ThrRS基因中，发现所有HsThrRS突变体都表现出类似的功能变化。这个现象表明人和酵母ThrRS的功能相对保守，暗示用此酵母模型将可以研究HsThrRS突变引起疾病的机理。 人线粒体ThrRS(human mitochondrial ThrRS，hmtThrRS)的突变P282L被报道会引起人线粒体脑肌病，但是其致病机理还不清楚。hmtThrRS由核基因编码并在细胞质中翻译，最后进入线粒体并切除N-末端的靶向线粒体信号(mitochondrialtargeting sequence，MrS)生成成熟形式的hmtThrRS。我们鉴定到N-末端缺失19个残基的hmtThrRS-A19为成熟hrntThrRS(mature hmtThrRS，hmtThrRSm)。hmtThrRSm具有氨基酰化和编校活力。为深入研究P282L突变致病的分子机理，我们通过基因重组和表达技术体外纯化了hrntThrRSm-P282L突变体、测定了它在氨基酸活化和氨基酰化反应中的动力学常数。P282L突变明显使酶的氨基酸活化和氨基酰化活力降低。因此，P282L突变可能减缓线粒体内的蛋白质生物合成，降低了线粒体的氧化磷酸化，最终造成线粒体功能障碍并引发疾病。此外，我们发现hmtThrRS存在两种剪接体，即野生型酶和剪接变异体(hmtThrRS splicing variant，hmtThrRS-SV)。与野生型酶相比，hmtThrRS-SV缺失了位于氨基酰化和编校结构域的82个氨基酸残基的肽段。进一步的细胞生物学分析表明hmtThrRS和hmtThrRS-SV在细胞质中被合成后均可转运到线粒体。hmtThrRS可以形成二聚体，但hmtThrRS-SV丧失了二聚化能力;暗示虽然hmtThrRS发挥着经典的氨基酰化和编校的功能，但hmtThrRS-SV可能具有尚未报道的非经典功能。 在生物的进化中，高等生物aaRS逐渐获得了除氨基酰化与编校反应之外的其它功能。这些额外功能统称为非经典功能，包括转录调节、血管发生、信号转导等。已报道高等生物aaRS的延伸结构域与非经典功能密切相关。在人的细胞质中存在两个ThrRS基因，分别编码人胞质ThrRS(Homo sapiens ThrRS，HsThrRS)和类ThrRS(threonyl-tRNA synthetase like，ThrRSL)。它们N-末端都进化出延伸结构域。但是ThrRSL及其N-末端延伸结构域的功能还不明确。 为研究ThrRSL的功能，我们检测了ThrRSL在细胞内的分布情况。发现高表达的ThrRSL定位在高尔基体中，该定位与其N-末端延伸结构域密切相关。血清饥饿处理多种人细胞系后，发现ThrRSL存在于细胞的培养基中，表明ThrRSL可以分泌到细胞外。使用布雷非德菌素A破坏高尔基体的分泌途径后，则抑制ThrRSL分泌，表明ThrRSL的分泌通过高尔基体相关分泌途径完成。在细胞中高表达ERC1的基因后，我们发现ERC1能够促进ThrRSL的分泌。为研究分泌型ThrRSL的功能，我们添加ThrRSL到癌细胞系的培养基中，发现ThrRSL抑制了癌细胞的迁移。这个结果为未来抑制肿瘤的侵袭和治疗癌症提供了理论依据。