Dominique Liger, W. Zhang, Tamara Basta, Herman van Tilbeurgh, Patrick Forterre, Juliette Létoquart, Inès Li de la Sierra-Gallay, A. Pichard-Kostuch, M.C. Daugeron, Bruno Collinet, Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Biologie et de Pharmacologie Appliquée (LBPA), École normale supérieure - Cachan (ENS Cachan)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de biochimie et biophysique moléculaire et cellulaire (IBBMC), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Département Biochimie, Biophysique et Biologie Structurale (B3S), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Fonction et Architecture des Assemblages Macromoléculaires (FAAM), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), Institut Jacques Monod (IJM (UMR_7592)), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Département Microbiologie (Dpt Microbio), Biologie Cellulaire des Archées (ARCHEE), Biologie Moléculaire du Gène chez les Extrêmophiles (BMGE), Institut Pasteur [Paris] (IP), UPMC - UFR Sciences de la vie (UFR 927 ), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Institut de génétique et microbiologie [Orsay] (IGM), This work received support from the French Infrastructure for Structural Biology (Agence Nationale de la Recherche, FRISBI ANR-10-INSB-0501) to H.v.T. and by Lidex BIG grant of the Paris-Saclay University to T.B.L. and H.v.T. A.P.K. received her PhD scholarship from IDEX Paris-Saclay., ANR-10-INBS-0005,FRISBI,Infrastructure Française pour la Biologie Structurale Intégrée(2010), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), Institut Pasteur [Paris], and ANR-10-INBS-0005-02,FRISBI,Infrastructure Française pour la Biologie Structurale Intégrée(2010)
N6-threonyl-carbamoyl adenosine (t6A) is a universal tRNA modification found at position 37, next to the anticodon, in almost all tRNAs decoding ANN codons (where N = A, U, G, or C). t6A stabilizes the codon–anticodon interaction and hence promotes translation fidelity. The first step of the biosynthesis of t6A, the production of threonyl-carbamoyl adenylate (TC-AMP), is catalyzed by the Sua5/TsaC family of enzymes. While TsaC is a single domain protein, Sua5 enzymes are composed of the TsaC-like domain, a linker and an extra domain called SUA5 of unknown function. In the present study, we report structure–function analysis of Pyrococcus abyssi Sua5 (Pa-Sua5). Crystallographic data revealed binding sites for bicarbonate substrate and pyrophosphate product. The linker of Pa-Sua5 forms a loop structure that folds into the active site gorge and closes it. Using structure-guided mutational analysis, we established that the conserved sequence motifs in the linker and the domain–domain interface are essential for the function of Pa-Sua5. We propose that the linker participates actively in the biosynthesis of TC-AMP by binding to ATP/PPi and by stabilizing the N-carboxy-l-threonine intermediate. Hence, TsaC orthologs which lack such a linker and SUA5 domain use a different mechanism for TC-AMP synthesis.