色氨酰tRNA合成酶抑制新血管生成的分子机制

Tryptophanyl-tRNA synthetases (TrpRS) catalyze the first step of protein synthesis (aminoacylation), providing amino acids for translation. NH2-terminally truncated variants mini-/T1-/T2-TrpRS are produced by alternative splicing or proteolytic digestion of the full-length TrpRS. These splice variants inhibit VEGF-induced endothelial cell proliferation and migration, also angiogenesis. One of them, the T2-TrpRS has lost aminoacylation activity completely, it only contains anti-angiogenesis function, inhibiting tumor endothelial cell forming new blood vessels without affecting the exist vasculature, which could be a new tumor angiogenesis inhibitor. It is reported that T2-TrpRS directly binds to vascular endothelial cadherin molecule VE-Cadherin---a key regulator in endothelial cell adhesion, proliferation, migration and angiogenesis, blocks endothelial cell adhesion and migration, thus inhibiting angiogenesis. However, the mechanism of this interaction is still unkown. This proposal will focus on the interaction between T2-TrpRS and VE-Cadherin, determine the crystal structure of this binary complex, elucidate the molecular mechanism of T2-TrpRS in tumor anti-angiogenesis, directing the therapeutic development of T2-TrpRS into a tumor angiogenesis inhibitor.

色氨酰-tRNA合成酶（TrpRS）负责催化蛋白质合成的第一步氨酰化反应，为翻译提供原料。全长TrpRS经可变剪切或蛋白酶解产生N端截短的mini-/T1-/T2-TrpRS，这些剪切体抑制VEGF诱导的内皮细胞增殖和迁移，并抑制新血管生成。其中，T2-TrpRS完全丧失了氨酰化活性，只具有抑制肿瘤内皮细胞形成新血管的功能，并对已有血管没有影响，有望成为一种新型肿瘤血管生成抑制剂。研究发现，T2-TrpRS直接结合调控内皮细胞粘连、迁移和新血管生成的关键因子——血管内皮细胞钙粘蛋白VE-Cadherin，阻断内皮细胞粘连和迁移，从而抑制新血管生成。然而，T2-TrpRS与VE-Cadherin相互作用的机制仍是空白，本项目将深入研究两者的相互作用，解析此二元复合物的晶体结构，阐明T2-TrpRS抑制肿瘤内皮细胞形成新血管的分子机制，为血管抑制剂类抗肿瘤药物的研发开辟新方向。

色氨酰-tRNA合成酶（TrpRS）负责催化蛋白质合成的第一步氨酰化反应，为翻译提供原料。FL-TrpRS经蛋白酶解产生N端截短的T2-TrpRS，后者直接结合血管内皮细胞钙粘蛋白VE-Cadherin，阻断内皮细胞的粘连和迁移，从而抑制新血管的生成。T2-TrpRS只抑制肿瘤内皮细胞形成新血管的功能，并对已有血管没有影响，有望成为一种新型肿瘤血管生成抑制剂。本项目综合运用细胞生物学、生物化学和X-射线晶体学方法，对T2-TrpRS抑制新血管生成的分子机制进行了研究。我们发现锌离子可引起FL-和T2-TrpRS的构象改变，并促进T2-TrpRS经蛋白酶水解产生。有趣的是，一种H130R突变不仅逆转锌对FL-TrpRS氨酰化活性的种属特异性调节，而且模拟了T2-TrpRS结合锌的构象。H130R突变引起T2-TrpRS的晶体结构发生显著改变，导致整个真核生物特异性延伸（ESE）远离催化结构域，降低了底物结合口袋的空间位阻。对复合物的分子动力学模拟和表面等离子共振等研究进一步揭示了H130R T2-TrpRS中开放的底物口袋为VE-Cadherin的结合提供了更大的接触面积，从而增强了T2-TrpRS与VE-Cadherin的结合。本研究深入研究了T2-TrpRS与VE-Cadherin相互作用的分子机制，发现了一种对锌不敏感且更稳定结合VE-Cadherin的T2-TrpRS突变体，有利于开发出一种靶向VE-Cadherin的天然抗肿瘤血管生成抑制剂。