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氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetases，aaRS)催化氨基酸和对应的转移核糖核酸(transfer RNA，tRNA)之间的酯化反应，生成氨基酰-tRNA(aminoacyl-tRNA，aa-tRNA)，为蛋白质的生物合成提供原料。根据序列、结构和功能上的异同，20种aaRS可分为Ⅰ和Ⅱ两大类。亮氨酰-tRNA合成酶(leucyl-tRNA synthetase，LeuRS)和精氨酰-tRNA合成酶(arginyl-tRNA synthetase，ArgRS)属于Ⅰ类aaRS。 LeuRS可催化产生亮氨酰-tRNALeu(Leu-tRNALeu)。LeuRS也可误活化、误氨基酰化多种亮氨酸(leucine，Leu)类似物。大多数的LeuRS具有序列保守的编校结构域，即CP1结构域(connective polypeptide1 domain，CP1 domain)用于清除误氨基酰-tRNALeu，这是在氨基酸转移到tRNA后发生的编校，被称为转移后编校。人细胞中存在两种LeuRS，分别为胞质和线粒体LeuRS(human mitochondrialLeuRS，hmtLeuRS)。之前报道hmtLeuRS的CP1编校结构域活性中心较其它多种LeuRS而言有较大变化，丧失转移后编校活力。我们在体外研究了hmtLeuRS的功能，发现编校失活的hmtLeuRS CP1结构域有利于其自身的氨基酸活化和氨基酰化活力;以LeuRS编校活性中心为靶点的广谱抗真菌药物AN2690(5-fluoro-1，3-dihydro-1-hydroxy-2，1-benzoxaborole，5-氟-1，3二氢-1-羟基-2，1-苯唑)不抑制具有编校失活CP1结构域的hmtLeuRS。比较hmtLeuRS活化Leu和不同Leu类似物的催化效率后，发现hrntLeuRS的氨基酰化活性中心不能严格地区分正缬氨酸(norvaline，Nva)和缬氨酸(valine，Val)。通过薄层层析(thin-layerchromatography，TLC)分离和定量编校反应产生的AMP的速度，发现hmtLeuRS缺少依赖tRNA的编校活力，只保留不依赖tRNA的转移前编校Nva的活力，这种编校不能清除误活化的Nva:在体外，hmtLeuRS可以催化生成大量的Nva-tRNALeu。而hmtLeuRS可催化生成痕量的Val-tRNALeu，表明被活化的Val不能有效地转移到tRNALeu3末端上。置换来自其它物种LeuRS的CP1结构域的hmtLeuRS嵌合酶可获得转移后编校活力和催化亮氨酰化反应的精确性。这项研究表明，在Nva存在时，hmtLeuRS不能保证亮氨酰化反应的精确性;hmtLeuRS退化的CP1结构域不是冗余的结构域，它在hmtLeuRS的氨基酰化反应中发挥重要的作用。该研究加深了我们对线粒体中蛋白质生物合成质量控制机理的认识。 aaRS具有多种翻译后修饰(post-translational modification，PTM)，如磷酸化修饰。近期研究表明多物种的aaRS都具有赖氨酸(lysine，Lys)残基的乙酰化修饰。大肠杆菌(Escherichia coli)亮氨酰-tRNA合成酶(EcLeuRS)和精氨酰-tRNA合成酶(EcArgRS)上具有乙酰化修饰。我们通过质谱鉴定到这两种aaRS上存在着乙酰化修饰，通过将鉴定到的Lys残基替换为谷氨酰胺(glutamine，Gln)或乙酰化的Lys(acetylated lysine，Ac-Lys)，纯化相关突变体，并分析它们的酶学性质，发现EcLeuRS上Lys619、Lys624、Lys809和EcArgRS上Lys49、Lys126、Lys197、Lys198、Lys408的乙酰化可通过影响氨基酸的活化或酶与对应tRNA之间的亲和力，抑制酶的氨基酰化活力。体外实验表明，高能化合物乙酰磷酸(acetyl-phosphate，AcP)和去乙酰化酶CobB参与对EcLeuRS和EcArgRS乙酰化修饰的调节。此项研究首次提出乙酰化修饰可能作为一种生化水平的开关，通过控制aaRS的活力影响蛋白质翻译进程。 在高等哺乳动物细胞质中存在着一种由9种aaRS(包括ArgRS)和3种辅因子组成的多氨基酰-tRNA合成酶复合物(multi-synthetase complex，MSC)。人ArgRS以在N-端有72个氨基酸残基延伸的、长形式的复合物组分形式(humancytoplasmic ArgRS，hcArgRS)和短形式的单体形式(ΔNhcArgRS)存在于细胞质中。hcArgRS上也具有乙酰化修饰，我们将hcArgRS上相应的Lys突变为Gln或者Ac-Lys，测定这些乙酰化修饰是否影响酶的精氨酰化活力和MSC的解离。结果表明，位于氨基酰化活性中心Lys(Lys205)的乙酰化可以关闭酶的精氨酰化活力;位于hcArgRS的N-端延伸区域的Lys(Lys60)的乙酰化修饰并不影响MSC的组装。此外，我们寻找可能与hcArgRS有相互作用的蛋白质，了解hcArgRS在不同人细胞系中的定位。该项研究有助于拓展我们对hcArgRS PTM的认识，为揭示hcArgRS潜在的非经典功能提供线索。