氨酰tRNA合成酶（aminoacyl tRNA synthetase，通常簡寫為aaRS）是一類催化特定氨基酸或其前體與對應tRNA發生酯化反應而形成氨酰tRNA的酶。由于每一種的氨基酸與 tRNA的連接都需要專一性的氨酰tRNA合成酶來催化，因此氨酰tRNA合成酶的種類與標準氨基酸的數量一樣都為20種。氨酰tRNA合成酶也是自然界中最古老的蛋白質之一。酪氨酸tRNA合成酶（TyrRS）就是其中一種。
最近，美國斯克里普斯研究所（TSRI）的科學家發現，TyrRS還有另一個主要功能：在細胞應激過程中保護DNA。這一發現是TSRI幾個實驗室共同合作的結果，發表在2014年10月2日的《分子細胞》（Molecular Cell）雜志。
從基礎科學層面上來說，這一發現非常值得注意，而且也指明了可能的治療應用。采用某種策略增強TyrRS酶的DNA保護功能，可以幫助人們免受輻射損傷以及DNA修復系統中的遺傳缺陷。
TSRI教授楊湘磊（Xiang-Lei Yang）帶領了這項研究，她指出：“我們在斑馬魚中過度表達了TyrRS，發現它們能完全保護魚免于紫外線輻射誘導的DNA損傷。”
這一新發現也能夠使我們更好地理解神經退行性疾病Charcot-Marie-Tooth，這是一種遺傳性、進行性神經性肌萎縮綜合癥，1886年最早由法國兩位神經病學家Jean Martin Charcot和Pierre Marie以及一位英國學者Howard Henry Tooth首先在臨床描述而得名。在某些情況下，這種疾病是由TyrRS基因突變引起。
TyrRS（酪氨酰-tRNA合成酶）屬于一個進化上非常古老的酶家族，對于細胞的蛋白質裝配必不可少。它們能識別包含在基因轉錄本中的代碼，并將其與相應的氨基酸（蛋白質的構建模塊）聯系起來。
TyrRS的作用是識別指定酪氨酸的遺傳代碼。但是近年來有研究發現，TyrRS和細胞中相對豐富的其他tRNA合成酶，具有更多的功能。這些報告是由TSRI教授Paul Schimmel的實驗室在1999年得出，他發現TyrRS有時會浮出垂死的細胞，分成兩塊，每一塊分別攜帶一個傳達到其他細胞的免疫刺激信號。
在2012年的一項研究報道中，楊教授和她的同事們發現，TyrRS在細胞核中似乎有另一個作用，當蛋白質制造過程放慢速度時，它可能在某些時候重新遷移到那里。
楊教授說：“蛋白質合成減少，往往與應激反應有關。所以我們開始順著這個方向進行探索。”
在這項新的研究中，楊教授與TSRI的幾個實驗室共同合作。她說：“專業的寬度和這里的學院環境使這項研究變得更加容易。”
該研究團隊，包括第一作者、楊教授實驗室的助理研究員Na Wei，首先開始在幾種細胞類型中制備不同的壓力條件。研究人員觀察到，只有“氧化”應激——細胞內高活性氧分子過量所造成的一種常見應激，能夠將TyrRS送入細胞核。
TyrRS在細胞核內做了什么？為了了解更多，研究小組記錄了當TyrRS充滿細胞核時，基因表達模式是如何變化的。他們指出，這些變化中的許多變化，在那些與DNA保護和修復相關的基因當中活性激增。將TyrRS排除在細胞核之外，能夠阻止這種激增。
在隨后的實驗中，研究小組對細胞核中TyrRS停止DNA損傷應答的基因表達分子細節，進行了梳理。他們還能夠在培養皿實驗中表明，TyrRS移動到細胞核，提供了相當大的保護來對抗DNA氧化損傷。
DNA修復專家、TSRI副教授Xiaohua Wu指出：“我們發現，TyrRS可促進DNA修復的最保守和無誤差的同源重組途徑，當其受到損傷時，這將有助于維持細胞基因組的穩定性。”
為了確認TyrRS保護作用的生理相關性，研究人員人為地增加了TyrRS在斑馬魚胚胎中的表達，有效地迫使一些TyrRS進入細胞核，在那里它能夠行使其基因激活作用。結果發現，TyrRS的大量涌入，可提供強有力的保護，使其免受紫外線輻射引起的DNA損傷。再次，當科學家們將TyrRS排除在斑馬魚細胞核之外時，保護作用就消失了。
TSRI助理教授Shuji Kishi指出：“這是斯克里普斯研究所一項碩果累累的合作項目。其中，第二作者、楊教授實驗室的Yi ('Eric') Shi發揮了關鍵作用，他迅速掌握和執行了我實驗室中斑馬魚的所有基本技能。利用斑馬魚模型系統，我們能夠在有機體水平上證明TyrRS的基因組保護作用。”
楊教授表示：“對于這樣一個明確的結果，我感到很驚訝。”
她補充說，原則上，將更多TyrRS帶入細胞核或在那里模擬其活性的治療方法，可能為暴露輻射或毒素、或有DNA修復缺陷的人，提供強有力的DNA保護作用。
楊教授也希望，他們發現的TyrRS在細胞核中的這一新作用，最終將澄清Charcot-Marie-Tooth (CMT)的根本機制，這是一種遺傳性周圍神經變性綜合征，影響世界上至少幾百萬人。已知一些CMT病例與TyrRS基因突變有關，2009年的一項研究發現，這些突變并不損害TyrRS在蛋白質翻譯中的的主要酶功能，這表明TyrRS在細胞核中的作用，將是下一個研究的焦點。
楊教授表示：“我懷疑，TyrRS的細胞核功能，與CMT有關。這個假設已經成為我們這項工作的一個重要動機，是我們打算繼續深入探究的事情。”
近日，中國農業科學院都市農業研究所聯合國內外科研單位，發現了改良生菜體內的營養和風味物質的基因密碼。相關研究成果發表在《植物生物技術雜志（PlantBiotechnologyJournal）》上。生菜......
沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學的科學家開發出一種全新的基因組工程方法，可將大片段基因精準添加到植物基因組的特定位點。這一方法掃除了困擾植物生物技術數十年的障礙，已在煙草和水稻中得到驗證，為農業生物技術......
現代人類的基因組里，還藏著怎樣不為人知的故事？7月30日，美國加州大學伯克利分校研究團隊在《科學》雜志發表一項成果，宣布在現代人類基因組中定位了來自兩個未知遠古祖先的DNA區域——一個是分化于約80萬......
為鼓勵細胞與基因治療藥品研發創新，國家藥監局組織起草了《關于優化細胞與基因治療藥品審評審批有關事項的公告（征求意見稿）》（附件1），現向社會公開征求意見。請于2026年8月3日前將有關意見按照《意見反......
近日，湖北省農業科學院果樹茶葉研究所聯合華中農業大學園藝林學學院，在柑橘風味品質形成機制研究中取得新進展。研究團隊鑒定出一個可同時調控蔗糖積累與檸檬酸代謝的關鍵基因模塊，為柑橘風味品質定向改良提供了新......
近日，中國農業科學院茶葉研究所茶樹遺傳育種創新團隊利用多基因激活系統，在茶樹根系中實現了茶氨酸生物合成的2個關鍵基因同步激活，顯著提高了茶氨酸含量。相關結果發表在《園藝研究》（Horticulture......
近日，一項發表于《分子精神病學》的研究發現，單個基因GRIN2A可直接導致精神疾病。而此前的研究認為，精神疾病是由許多基因共同作用所致。根據世界衛生組織（WHO）數據，2021年全球每7人中就有1人患......
三維基因組互作與表觀遺傳修飾是基因表達調控的重要因素，其動態變化與細胞生長發育及癌癥等疾病的發生發展密切相關。解析染色質在活細胞內的時空動態，是理解基因調控機制的重要科學問題。現有基于CRISPR-C......
11月1日，在長沙舉行的第五屆湖南省抗癌協會家族遺傳性腫瘤專業委員會學術年會上，中信湘雅生殖與遺傳專科醫院（下稱中信湘雅）首席科學家盧光琇宣布，該院第100位通過胚胎植入前遺傳學檢測（PGT）技術阻斷......
10月16日，記者從中信湘雅生殖與遺傳專科醫院獲悉，該院研究員林戈、副研究員鄭偉團隊，聯合山東大學、上海交通大學醫學院等單位的科研團隊開展合作攻關，系統揭示了卵子與早期胚胎質量問題導致女性反復“試管”......