A Facile Platform to Engineer Escherichia coli Tyrosyl-tRNA Synthetase Adds New Chemistries to the Eukaryotic Genetic Code, Including a Phosphotyrosine Mimic

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作者
Katherine T. Grasso,Soumya Jyoti Singha Roy,Arianna O. Osgood,Megan Jin Rae Yeo,Chintan Soni,Christen M. Hillenbrand,Elise D. Ficaretta,Abhishek Chatterjee
出处
期刊:ACS central science [American Chemical Society]
卷期号:8 (4): 483-492 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acscentsci.1c01465
摘要

The Escherichia coli tyrosyl-tRNA synthetase (EcTyrRS)/tRNAEcTyr pair offers an attractive platform for genetically encoding new noncanonical amino acids (ncAA) in eukaryotes. However, challenges associated with a eukaryotic selection system, which is needed to engineer the platform, have impeded its success in the past. Recently, using a facile E. coli-based selection system, we showed that EcTyrRS could be engineered in a strain where the endogenous tyrosyl pair was substituted with an archaeal counterpart. However, significant cross-reactivity between the UAG-suppressing tRNACUAEcTyr and the bacterial glutaminyl-tRNA synthetase limited the scope of this strategy, preventing the selection of moderately active EcTyrRS mutants. Here we report an engineered tRNACUAEcTyr that overcomes this cross-reactivity. Optimized selection systems based on this tRNA enabled the efficient enrichment of both strongly and weakly active ncAA-selective EcTyrRS mutants. We also developed a wide dynamic range (WiDR) antibiotic selection to further enhance the activities of the weaker first-generation EcTyrRS mutants. We demonstrated the utility of our platform by developing several new EcTyrRS mutants that efficiently incorporated useful ncAAs in mammalian cells, including photoaffinity probes, bioconjugation handles, and a nonhydrolyzable mimic of phosphotyrosine.
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