ヒトのマルチtRNA合成酵素複合体の3次元構造

3-Dimensional architecture of the human multi-tRNA synthetase complex.

• Krishnendu Khan
• Camelia Baleanu-Gogonea
• Belinda Willard
• Valentin Gogonea
• Paul L Fox

抄録

哺乳類細胞では、8つの細胞質アミノアシルtRNA合成酵素（AARS）と3つの非合成酵素タンパク質が、大きなマルチtRNA合成酵素複合体（MSC）に存在しています。AARSは、タンパク質合成時の遺伝子コードの解釈や、翻訳とは無関係の非定型機能に重要な役割を果たしています。しかし、MSCの構造と機能については、未だに不明な点が多い。これまでに、すべてのMSC構成要素の部分的または完全な結晶構造が報告されていますが、ホロMSCの構造は解明されていませんでした。私たちは、架橋型質量分析法（XL-MS）と分子ドッキング法を用いて、ヒトHEK293T細胞におけるMSCの3次元構造を調べました。XL-MSアプローチは、ほぼすべてのMSC構成要素に特徴的な柔軟に付加されたドメインの構造情報を独自に提供します。MS可溶性架橋剤であるジスクシニミジルスルホキシドを用いて、これまで相互作用が知られていなかった8つのタンパク質ペア間の架橋を含む、すべてのMSC構成要素にまたがるタンパク質間架橋を観測した。タンパク質間架橋は、いくつかの構成要素のドメイン間の新たな構造的関係を定義した。予期せぬことに、tRNAアンチコドン結合ドメインがMSCの1つの面に集中していることを特徴とする非対称なAARS分布が観察された。このような不均一な局在化は、翻訳時に荷電したtRNAを相互作用するリボソームへの送達効率を向上させている可能性がある。以上のことから、ヒトホロMSCの非常にコンパクトな3次元構造モデルを示した。

In mammalian cells, eight cytoplasmic aminoacyl-tRNA synthetases (AARS), and three non-synthetase proteins, reside in a large multi-tRNA synthetase complex (MSC). AARSs have critical roles in interpretation of the genetic code during protein synthesis, and in non-canonical functions unrelated to translation. Nonetheless, the structure and function of the MSC remain unclear. Partial or complete crystal structures of all MSC constituents have been reported; however, the structure of the holo-MSC has not been resolved. We have taken advantage of cross-linking mass spectrometry (XL-MS) and molecular docking to interrogate the three-dimensional architecture of the MSC in human HEK293T cells. The XL-MS approach uniquely provides structural information on flexibly appended domains, characteristic of nearly all MSC constituents. Using the MS-cleavable cross-linker, disuccinimidyl sulfoxide, inter-protein cross-links spanning all MSC constituents were observed, including cross-links between eight protein pairs not previously known to interact. Intra-protein cross-links defined new structural relationships between domains in several constituents. Unexpectedly, an asymmetric AARS distribution was observed featuring a clustering of tRNA anti-codon binding domains on one MSC face. Possibly, the non-uniform localization improves efficiency of delivery of charged tRNA's to an interacting ribosome during translation. In summary, we show a highly compact, 3D structural model of the human holo-MSC.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of Nucleic Acids Research.