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氨基酰-tRNA合成酶(Aminoacyl-tRNA synthetase，AARS)催化tRNA的氨基酰化，生成蛋白质生物合成原料氨基酰-tRNA，每一种氨基酸对应于一种AARS。为了确保遗传信息被正确翻译，氨基酰tRNA合成酶在进化的过程中获得了多种编校机制来保证催化反应的精确性。而其中的依赖tRNA的转移前编校是整个AARS领域最具争议的话题。亮氨酰tRNA合成酶(LeuRS)的转移后编校活力已经被广泛报道，但是目前还没有直接的证据证明LeuRS同时也具有依赖tRNA的转移前编校活力。我们通过在LeuRS的编校活性中心引入点突变以及用抑制剂(AN2690)来特异性地阻断LeuRS的转移后编校活力，结果发现：除了转移后编校途径以外，来源于Aquifex aeolicus和Escherichia coli LeuRSs(AaLeuRS，EcLeuRS)同时还具有依赖tRNA的转移前编校机制。AaLeuRS偏好依赖tRNA的转移前编校机制，而在EcLeuRS中转移后编校是主要的编校途径。同时我们的结果揭示了：依赖tRNA的转移前编校机制的结构基础一依赖于tRNA的3’末端进入到编校结构域所引发的构象变化；以及转移前编校和转移后编校相互协作一起维持了LeuRS催化反应的精确性。
tRNA的3CCA末端进入编校结构域(CPl domain)是LeuRS行使依赖tRNA的转移前编校功能的结构基础。晶体学研究已经揭示了：当tRNA的CCA末端进入CP1结构域时会诱发LeuRS的构象发生大规模的重排。其中最为显著的变化的是：CP1结构域与氨基酰化结构域相互靠近。我们揭示了这种tRNA进入CP1结构域所诱发的构象重排的生物学功能：可以导致CP1和氨基酰化结构域产生结构域间的通讯机制，这种通讯机制不仅可以调节依赖tRNA的转移前编校活力，还调控了其氨基酰化活力。我们同时还证明了：编校反应的发生可以抑制LeuRS对非同源氨基酸的误活化。这篇工作是对LeuRS质量控制系统的重要补充：除了编校活力以外LeuRS还可以通过结构域间的通讯机制来维持催化反应的精确性。
EcLeuRS同时拥有依赖tRNA的转移前以及转移后编校活力来保证催化反应的精确性。依赖tRNA的转移前编校活力依赖tRNA的CCA进入CP1结构域，转移后编校依赖误氨基酰化的tRNA摆动到CP1的活性中。目前还没报道关于LeuRS决定依赖tRNA的转移前编校与转移后编校的比例的分子机制。这篇工作中，我们鉴定了影响tRNA在氨基酰化与编校结构域之间摆动的关键元件。在这些关键元件中引入突变几乎能废除LeuRS的氨基酰化活力但不影响对氨基酸的活化，同时依赖tRNA的转移前编校活力会显著增强。进一步的实验表明：增强的转移前编校活力依赖tRNA的CCA末端与CP1结构域之间的精确的相互作用。
LeuRS的合成活性中心可以误活化众多与亮氨酸类似的氨基酸，其中以正缬氨酸的误活化的效率最高。同时LeuRS的氨基酰化活性中心具有不依赖tRNA的转移前编校活力来选择性地水解错误的活化氨基酸。提示我们：LeuRS的氨基酰化活性中心具有识别正确和错误活化氨基酸的分子机制。通过比较LeuRS与正确以及错误氨基酸活化产物的共晶结构，我们发现：正确活化的亮氨酸以及错误活化正缬氨酸的结合在合成中心的同一位置，唯一的区别是：亮氨酰的侧链γ位存在甲基。因此对γ甲基的识别是决定氨基酸活化产物的命运的分子机制。我们鉴定了氨基酰化活性中心参与识别γ位甲基的关键残基，将这些残基突变成丙氨酸后可以导致错误编校正确底物亮氨酸。其中的一个残基通过其侧链的指向的变化直接参与转移前编校反应。我们的结果鉴定出了LeuRS的氨基酰化活性中心识别正确和错误氨基酸活化产物的分子机制，并提出了转移前编校机制的分子模型。
CP1结构域负责转移后编校功能以及参与依赖tRNA的转移前编校反应来保证LeuRS催化反应的精确性，同时CP1结构域也参与调控氨基酰化反应。基于CP1结构域对LeuRS的重要性，CP1在所有已知的LeuRS都有分布，唯一的例外是来源于Mycoplasma mobile的LeuRS(MmLeuRS)。MmLeuRS是目前唯一知道的天然没有CP1结构域的LeuRS，代替CP1是一个有9个氨基酸组成的肽段(MmLinker).MmLinker对MmLeuRS的氨基酰化活力至关重要，不仅如此它还可以通过调节没有活力的，CP1结构域缺失的EcLeuRS突变体的构象，从而赋予其氨基酰化活力。MmLinker对氨基酰化活力的调控依赖其自身结构的灵活性。没有CP1结构域的MmLeuRS以及EcLeuRS仍然保留了不依赖tRNA的转移前编校活力来保证催化反应的精确性，从而直接证明了转移前编校的活性中心位于保守的合成结构域。MmLeuRS的存在为AARS的模块融合进化假说提供了直接的证据，同时MmLeuRS也在一定程度上揭示了原始LeuRS的催化特性。