Evolutionary repair reveals an unexpected role of the tRNA modification m1G37 in aminoacylation.
Evolutionary repair reveals an unexpected role of the tRNA modification m1G37 in aminoacylation.
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进化修复揭示了tRNA修饰m1G37在氨基酰化中的意外作用。
DOI：
10.1093/nar/gkab1067
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发表时间：
2021-12-02
影响因子：
14.9
通讯作者：
Laurino P
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Clifton BE;Fariz MA;Uechi GI;Laurino P
由 tRNA 甲基转移酶 TrmD 引入的 tRNA 修饰 m1G37 被认为对于细菌的生长至关重要，因为它可以抑制脯氨酸密码子的翻译移码错误。然而，由于细菌可以容忍高水平的误译，因此尚不清楚为什么不能容忍 m1G37 的丢失。在这里，我们通过大肠杆菌 trmD 突变株的实验进化解决了这个问题。令人惊讶的是，即使m1G37修饰被完全废除，trmD突变株仍能存活，并显示出生长速度的快速恢复，这主要是通过脯氨酸-tRNA连接酶基因proS的复制或突变。生长测定和体外氨酰化测定表明，G37-未修饰的 tRNAPro 的氨酰化效率低于 m1G37-修饰的 tRNAPro，并且 trmD 突变株的生长可以通过 proS 中的单突变来很大程度上恢复，该突变恢复 G37-未修饰的 tRNAPro 的氨酰化。这些结果表明，tRNAPro 的低效氨酰化是 trmD 突变株中观察到的生长缺陷的主要原因，并且 proS 可能充当翻译准确性的看门人，防止在翻译中使用容易出错的未修饰 tRNAPro。我们的工作展示了实验进化在揭示必需基因的隐藏功能方面的实用性，并对针对 TrmD 的抗生素的开发具有影响。
The tRNA modification m1G37, introduced by the tRNA methyltransferase TrmD, is thought to be essential for growth in bacteria because it suppresses translational frameshift errors at proline codons. However, because bacteria can tolerate high levels of mistranslation, it is unclear why loss of m1G37 is not tolerated. Here, we addressed this question through experimental evolution of trmD mutant strains of Escherichia coli. Surprisingly, trmD mutant strains were viable even if the m1G37 modification was completely abolished, and showed rapid recovery of growth rate, mainly via duplication or mutation of the proline-tRNA ligase gene proS. Growth assays and in vitro aminoacylation assays showed that G37-unmodified tRNAPro is aminoacylated less efficiently than m1G37-modified tRNAPro, and that growth of trmD mutant strains can be largely restored by single mutations in proS that restore aminoacylation of G37-unmodified tRNAPro. These results show that inefficient aminoacylation of tRNAPro is the main reason for growth defects observed in trmD mutant strains and that proS may act as a gatekeeper of translational accuracy, preventing the use of error-prone unmodified tRNAPro in translation. Our work shows the utility of experimental evolution for uncovering the hidden functions of essential genes and has implications for the development of antibiotics targeting TrmD.
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