首個(gè)能合成長(zhǎng)鏈RNA的人工合成酶
日期：2011-04-26 08:29:13
來(lái)自英國(guó)劍橋醫(yī)學(xué)研究學(xué)會(huì)（Medical Research Council，MRC）分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究人員設(shè)計(jì)了一種RNA合成酶，這種酶能組裝合成多達(dá)約95個(gè)核苷酸長(zhǎng)度的RNA，這對(duì)于揭開(kāi)RNA世界的奧秘具有重要意義。這一研究成果公布在Science雜志上。
有關(guān)于生命起源的問(wèn)題，DNA，RNA和蛋白質(zhì)的關(guān)系就象連環(huán)套，誰(shuí)先誰(shuí)后就如同先有雞還是先有蛋一樣難以捉摸。近年來(lái)經(jīng)過(guò)科學(xué)家的不斷努力，終于發(fā)現(xiàn)RNA可以自我復(fù)制，因此而產(chǎn)生“RNA世界”假說(shuō)。20世紀(jì)80年代，科學(xué)家就已經(jīng)設(shè)法在生物體內(nèi)合成RNA，使得這一假說(shuō)開(kāi)始有了真實(shí)性。這一假說(shuō)認(rèn)為在40億年前的太古代，地球上某些地方已經(jīng)誕生了同RNA自我復(fù)制系統(tǒng)——“RNA世界”，之后RNA不但能與無(wú)機(jī)物合成，而且能與原始地球上出現(xiàn)的蛋白質(zhì)互相作用，迎來(lái)它們的共生時(shí)代——“RNA一蛋白質(zhì)世界”，逐漸形成原始生命。接著以RNA為模板合成DNA和蛋白質(zhì)，RNA又將大多數(shù)催化功能交給具有更高活性的蛋白質(zhì)，將遺傳物質(zhì)傳遞功能交給了在化學(xué)性上更穩(wěn)定的DNA。久而久之終于變成了現(xiàn)在的生物世界，也就是“DNA世界”。
根據(jù)“RNA世界”假說(shuō)，在基于DNA的生命出現(xiàn)之前，RNA可能曾經(jīng)在生物學(xué)的過(guò)程中扮演過(guò)主要的遺傳和催化作用的角色。一種本身為RNA多聚酶的核酶（它可以復(fù)制并轉(zhuǎn)錄原始的RNA基因組）是這一假說(shuō)的關(guān)鍵。以往的研究產(chǎn)生了R18 RNA多聚酶這種核酶，它有著有限的多聚酶活性，并能合成至多14個(gè)核苷酸的RNA。
在這篇文章中，研究人員以這種R18核酶為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種能組裝合成多達(dá)約95個(gè)核苷酸長(zhǎng)度的RNA合成酶，這種新的酶還能夠合成比母體R18核酶更為廣譜的RNA序列，其中包括一個(gè)具有酶活性的RNA。同期Science雜志上，Micahel Yarus對(duì)以”Climbing in 190 Dimensions“點(diǎn)評(píng)了研發(fā)出這種酶的方法。
另外有關(guān)核酶的研究其實(shí)也不少，近期美國(guó)西北大學(xué)的就利用X射線，成功地在原子水平上觀察到RNA如何相互作用并生成蛋白結(jié)晶，這一成果公布在Nature雜志上。
通過(guò)這項(xiàng)研究，研究人員得到了RNase P是如何識(shí)別、結(jié)合以及剪切tRNA的詳細(xì)過(guò)程。RNase P通過(guò)構(gòu)型互補(bǔ)與堿基配對(duì)等相互作用，完成大部分的tRNA識(shí)別過(guò)程，RNase P中的蛋白對(duì)識(shí)別tRNA起到輔助作用。之后，RNase P靠近tRNA，在金屬離子協(xié)助下，切斷其一個(gè)化學(xué)鍵，使tRNA斷成較小RNA分子，以滿足細(xì)胞活動(dòng)所需。
原文摘要：
Ribozyme-Catalyzed Transcription of an Active Ribozyme
A critical event in the origin of life is thought to have been the emergence of an RNA molecule capable of replicating a primordial RNA “genome.” Here we describe the evolution and engineering of an RNA polymerase ribozyme capable of synthesizing RNAs of up to 95 nucleotides in length. To overcome its sequence dependence, we recombined traits evolved separately in different ribozyme lineages. This yielded a more general polymerase ribozyme that was able to synthesize a wider spectrum of RNA sequences, as we demonstrate by the accurate synthesis of an enzymatically active RNA, a hammerhead endonuclease ribozyme. This recapitulates a central aspect of an RNA-based genetic system: the RNA-catalyzed synthesis of an active ribozyme from an RNA template.
有關(guān)于生命起源的問(wèn)題，DNA，RNA和蛋白質(zhì)的關(guān)系就象連環(huán)套，誰(shuí)先誰(shuí)后就如同先有雞還是先有蛋一樣難以捉摸。近年來(lái)經(jīng)過(guò)科學(xué)家的不斷努力，終于發(fā)現(xiàn)RNA可以自我復(fù)制，因此而產(chǎn)生“RNA世界”假說(shuō)。20世紀(jì)80年代，科學(xué)家就已經(jīng)設(shè)法在生物體內(nèi)合成RNA，使得這一假說(shuō)開(kāi)始有了真實(shí)性。這一假說(shuō)認(rèn)為在40億年前的太古代，地球上某些地方已經(jīng)誕生了同RNA自我復(fù)制系統(tǒng)——“RNA世界”，之后RNA不但能與無(wú)機(jī)物合成，而且能與原始地球上出現(xiàn)的蛋白質(zhì)互相作用，迎來(lái)它們的共生時(shí)代——“RNA一蛋白質(zhì)世界”，逐漸形成原始生命。接著以RNA為模板合成DNA和蛋白質(zhì)，RNA又將大多數(shù)催化功能交給具有更高活性的蛋白質(zhì)，將遺傳物質(zhì)傳遞功能交給了在化學(xué)性上更穩(wěn)定的DNA。久而久之終于變成了現(xiàn)在的生物世界，也就是“DNA世界”。
根據(jù)“RNA世界”假說(shuō)，在基于DNA的生命出現(xiàn)之前，RNA可能曾經(jīng)在生物學(xué)的過(guò)程中扮演過(guò)主要的遺傳和催化作用的角色。一種本身為RNA多聚酶的核酶（它可以復(fù)制并轉(zhuǎn)錄原始的RNA基因組）是這一假說(shuō)的關(guān)鍵。以往的研究產(chǎn)生了R18 RNA多聚酶這種核酶，它有著有限的多聚酶活性，并能合成至多14個(gè)核苷酸的RNA。
在這篇文章中，研究人員以這種R18核酶為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種能組裝合成多達(dá)約95個(gè)核苷酸長(zhǎng)度的RNA合成酶，這種新的酶還能夠合成比母體R18核酶更為廣譜的RNA序列，其中包括一個(gè)具有酶活性的RNA。同期Science雜志上，Micahel Yarus對(duì)以”Climbing in 190 Dimensions“點(diǎn)評(píng)了研發(fā)出這種酶的方法。
另外有關(guān)核酶的研究其實(shí)也不少，近期美國(guó)西北大學(xué)的就利用X射線，成功地在原子水平上觀察到RNA如何相互作用并生成蛋白結(jié)晶，這一成果公布在Nature雜志上。
通過(guò)這項(xiàng)研究，研究人員得到了RNase P是如何識(shí)別、結(jié)合以及剪切tRNA的詳細(xì)過(guò)程。RNase P通過(guò)構(gòu)型互補(bǔ)與堿基配對(duì)等相互作用，完成大部分的tRNA識(shí)別過(guò)程，RNase P中的蛋白對(duì)識(shí)別tRNA起到輔助作用。之后，RNase P靠近tRNA，在金屬離子協(xié)助下，切斷其一個(gè)化學(xué)鍵，使tRNA斷成較小RNA分子，以滿足細(xì)胞活動(dòng)所需。
原文摘要：
Ribozyme-Catalyzed Transcription of an Active Ribozyme
A critical event in the origin of life is thought to have been the emergence of an RNA molecule capable of replicating a primordial RNA “genome.” Here we describe the evolution and engineering of an RNA polymerase ribozyme capable of synthesizing RNAs of up to 95 nucleotides in length. To overcome its sequence dependence, we recombined traits evolved separately in different ribozyme lineages. This yielded a more general polymerase ribozyme that was able to synthesize a wider spectrum of RNA sequences, as we demonstrate by the accurate synthesis of an enzymatically active RNA, a hammerhead endonuclease ribozyme. This recapitulates a central aspect of an RNA-based genetic system: the RNA-catalyzed synthesis of an active ribozyme from an RNA template.
