Trans-oligomerization of duplicated aminoacyl-tRNA synthetases maintains genetic code fidelity under stress

Abstract

Las sintetasas (aaRSs) aminoacil-tRNA juegan un papel clave en el desciframiento del mensaje genético al tener tRNAs y estar equipadas con mecanismos de corrección para garantizar el correcto emparejamiento de tRNAs con sus aminoácidos. Duplicar las aaRSs es muy frecuente en la naturaleza, con 26,837 25,913 casos observados en los genomas. La naturaleza oligomérica de muchos aaRSs plantea la cuestión quien oligomeriza su funcionamiento y de que se dupliquen las enzimas que están organizadas. Se caracteriza este problema en un modelo de organismo procariota que expresa dos diferentes sintetasas treonil-tRNA, responsables de la THR-tRNAThr síntesis: una precisa y constitutivamente expresada (T1) y otro (T2) con alteraciones de la actividad de revisión que también genera descargas Ser-tRNAThr. El bajo contenido en zinc promueve la disociación de dímeros T1 en monómeros privados de aminoacilación activa simultánea y la inducción de T2 que está activa para la aminoacilación baja el zinc. Las formas homodiméricas T2 o T1 heterodiméricas con subunidades que brindan servicios esenciales de actividad correctora de trans. Estos hallazgos ponen en evidencia que en los organismos con genes duplicados, las células pueden orquestar el ensamble de aaRSs oligómeros que satisfagan las necesidades de la célula en cada situación. Proponemos que el duplicado controlado de aaRSs en la oligomerización es un mecanismo adaptativo que potencialmente puede ampliarse a la plétora de organismos con duplicados aaRSs oligomérica.

Aminoacyl-tRNA synthetases (aaRSs) play a key role in deciphering the genetic message by producing charged tRNAs and are equipped with proofreading mechanisms to ensure correct pairing of tRNAs with their cognate amino acid. Duplicated aaRSs are very frequent in Nature, with 25,913 cases observed in 26,837 genomes. The oligomeric nature of many aaRSs raises the question of how the functioning and oligomerization of duplicated enzymes is organized. We characterized this issue in a model prokaryotic organism that expresses two different threonyl-tRNA synthetases, responsible for Thr-tRNAThr synthesis: one accurate and constitutively expressed (T1) and another (T2) with impaired proofreading activity that also generates mischarged Ser-tRNAThr. Low zinc promotes dissociation of dimeric T1 into monomers deprived of aminoacylation activity and simultaneous induction of T2, which is active for aminoacylation under low zinc. T2 either forms homodimers or heterodimerizes with T1 subunits that provide essential proofreading activity in trans. These findings evidence that in organisms with duplicated genes, cells can orchestrate the assemblage of aaRSs oligomers that meet the necessities of the cell in each situation. We propose that controlled oligomerization of duplicated aaRSs is an adaptive mechanism that can potentially be expanded to the plethora of organisms with duplicated oligomeric aaRSs.