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RNA自我复制是 RNA世界假说的关键部分,但在实验

时间:2019-01-14

在今天(8月15日)在PNAS上发表的一篇论文中,来自加利福尼亚州拉霍亚的斯克里普斯研究所的科学家报告了他们使用体外进化生成改进的聚合酶核酶,该酶??可以合成多个功能性结构RNA并扩增短RNA模板。

该研究“已经以前所未有的方式将RNA的能力扩展到RNA聚合,” 伊利诺伊大学厄本那 - 香槟分校的斯科特西尔弗曼说,他没有参与这项工作。“这绝对是了解RNA聚合酶核酶可以做什么的关键进展,它对RNA世界理论具有非常重要的意义,”他补充道。

研究共同作者Scripps的Gerald Joyce和David Horning开始使用I类RNA聚合酶核酶的变体。他们在整个序列中引入了随机突变,以产生100万亿个变种。然后乔伊斯和霍宁通过引发核酶来完成RNA适体 - 与合成形式的维生素B12或GTP结合的分子,对该群体施加压力。每一轮,研究人员都选择生产功能性产品的核酶,产品长度正确,或两者兼而有之。

研究人员通过要求核酶在更短的时间内合成更长的RNA分子,提高了连续世代选择的严格性。到第24轮,群体可以合成富含嘌呤的功能性RNA序列。

从这个群体中,Horning和Joyce分离出一种名为24-3的核酶变体,它有17个突变。24-3聚合酶使用所有四种碱基并且比起始聚合酶更快地起作用。它能够复制具有复杂二级结构的多种功能性RNA,包括适体,其他核酶和酵母转移RNA(tRNA)。研究人员表明,24-3还可以在仅含RNA的PCR版本中以指数方式扩增短RNA模板。

“这是非常漂亮的工作,也是实现RNA自我复制的重要一步,” 英国剑桥分子生物学MRC实验室的Philipp Holliger没有参与这项工作,他在给The Scientist的一封电子邮件中写道。

“霍宁和乔伊斯在这里所做的是向前迈出的一大步,” 密苏里大学的唐纳德·伯克 - 阿奎罗说,他也没有参与这项研究。“它使我们更接近于拥有能够维持RNA复制的RNA复制系统,但它还没有。”

然而,24-3聚合酶核酶不能自我复制。虽然与早期聚合酶核酶合成的产物相比,酵母tRNA结构高且结构大,但24-3核酶比酵母tRNA大三倍,并且含有更复杂的结构元素。

Joyce,Horning及其同事正致力于通过持续的体外进化实验克服这一局限。研究人员表示,更严格的选择标准应该促使核酶更有效地制造更大,更复杂的功能性产品,尽管目前还不清楚需要多少代试管来实现这一目标。

同时,乔伊斯指出了研究自我复制核酶进化的进化生物学研究应用。乔伊斯说:“如果你的RNA酶是RNA复制酶,可以指数级复制RNA,包括自身的拷贝,那么我会说它还活着。” “那么它取决于进化。无论什么使它变得更好使它变得更好。“


在今天(8月15日)在PNAS上发表的一篇论文中,来自加利福尼亚州拉霍亚的斯克里普斯研究所的科学家报告了他们使用体外进化生成改进的聚合酶核酶,该酶??可以合成多个功能性结构RNA并扩增短RNA模板。

该研究“已经以前所未有的方式将RNA的能力扩展到RNA聚合,” 伊利诺伊大学厄本那 - 香槟分校的斯科特西尔弗曼说,他没有参与这项工作。“这绝对是了解RNA聚合酶核酶可以做什么的关键进展,它对RNA世界理论具有非常重要的意义,”他补充道。

研究共同作者Scripps的Gerald Joyce和David Horning开始使用I类RNA聚合酶核酶的变体。他们在整个序列中引入了随机突变,以产生100万亿个变种。然后乔伊斯和霍宁通过引发核酶来完成RNA适体 - 与合成形式的维生素B12或GTP结合的分子,对该群体施加压力。每一轮,研究人员都选择生产功能性产品的核酶,产品长度正确,或两者兼而有之。

研究人员通过要求核酶在更短的时间内合成更长的RNA分子,提高了连续世代选择的严格性。到第24轮,群体可以合成富含嘌呤的功能性RNA序列。

从这个群体中,Horning和Joyce分离出一种名为24-3的核酶变体,它有17个突变。24-3聚合酶使用所有四种碱基并且比起始聚合酶更快地起作用。它能够复制具有复杂二级结构的多种功能性RNA,包括适体,其他核酶和酵母转移RNA(tRNA)。研究人员表明,24-3还可以在仅含RNA的PCR版本中以指数方式扩增短RNA模板。

“这是非常漂亮的工作,也是实现RNA自我复制的重要一步,” 英国剑桥分子生物学MRC实验室的Philipp Holliger没有参与这项工作,他在给The Scientist的一封电子邮件中写道。

“霍宁和乔伊斯在这里所做的是向前迈出的一大步,” 密苏里大学的唐纳德·伯克 - 阿奎罗说,他也没有参与这项研究。“它使我们更接近于拥有能够维持RNA复制的RNA复制系统,但它还没有。”

然而,24-3聚合酶核酶不能自我复制。虽然与早期聚合酶核酶合成的产物相比,酵母tRNA结构高且结构大,但24-3核酶比酵母tRNA大三倍,并且含有更复杂的结构元素。

Joyce,Horning及其同事正致力于通过持续的体外进化实验克服这一局限。研究人员表示,更严格的选择标准应该促使核酶更有效地制造更大,更复杂的功能性产品,尽管目前还不清楚需要多少代试管来实现这一目标。

同时,乔伊斯指出了研究自我复制核酶进化的进化生物学研究应用。乔伊斯说:“如果你的RNA酶是RNA复制酶,可以指数级复制RNA,包括自身的拷贝,那么我会说它还活着。” “那么它取决于进化。无论什么使它变得更好使它变得更好。“