Навигация по сайтуНавигация по сайту

Заря жизни - новые доказательства в пользу гипотезы мира РНК?

Кристаллические структуры высокого разрешения показывают, что соединение мономеров нуклеотид с матричной РНК происходит не только согласно модели Уотсона-Крика, но и благодаря группе неожиданных, неканоничных схем взаимодействия.

Согласно гипотезе мира РНК, которую впервые выдвинули Крик, Оргел и Вёзе, генетическая непрерывность первых форм жизни на Земле достигалась за счет репликации РНК. Неферментная репликация РНК, управляемая матрицей, чрезвычайно важна для гипотезы мира РНК, так как за ее счет достигается переход от пребиотической химии простых составных элементов к появлению первых катализаторов рибозимов. В процессе неферментной репликации РНК химически активированные моно- и олигорибонуклеотиды находят комплементарные центры на комплексах из РНК и праймера, за чем следует полимеризация или лигирование этих мономеров и олигомеров на комплементарной цепи РНК. Примером такого неферментного копирования матричной РНК является активированный исключительно химически, но управляемый матрицей синтез коротких сегментов 2-метилимидазол-активированных мономеров рибонуклеотид в присутствии дивалентных ионов металла. Таким образом, авторы работы сконцентрировались на изучении термодинамических принципов, которым подчиняется обратимая неконвалентная связь между матричной РНК и активированными рибонуклеотидами, кинетические характеристики последующей огломеризации и условия реакции, которые обеспечивают региоселективность полимеризации РНК по направлению от 3' к 5' концу молекулы.

Учитывая популярность идеи спаривания оснований по модели Уотсона-Крика в области репликации нуклеиновых кислот, уже давно укоренилась мысль о том, что спаривание активных мономеров с матричной РНК происходит главным образом согласно этой модели. На самом же деле, в случае копирования ДНК- или РНК-полимеразы, процесс обеспечивается за счет множества гидрофобных, электростатических и водородных связей, которые запускают слияние РНК-шаблона и мононуклеотидного субстрата, и признаки модели Уотсона-Крика можно заметить только благодаря тому, что этот мотив распознавания является основой сохранения информации при репликации нуклеиновых кислот.

Особенно это актуально, когда несколько мононуклеотидов спариваются с одноцепочечной нуклеиновой кислотой, и недостаток конформационных или пространственных ограничений позволяет нуклеотиду связаться по необычной структурной модели.

Эти наблюдения вызывают вопрос: действительно ли связи по модели Уотсона-Крика превалируют в нековалентных связях между азотистыми основаниями, или же иные типы структур могут оказаться не менее распространенными?

Возможно, в случае связи (мономер : матричная РНК) привычная энергетическая и конформационная предпочтительность спаривания по модели Уотсона-Крика перед другими, неканоничным  типам связи, может быть не столь оправдана, как ранее считалось. Кристаллографические исследования авторов работы указывают на то, что спаривание активных мономеров с матричной РНК может включать в себя, по крайней мере на одном из этапов, отличную от модели Уотсона-Крика схему взаимодействия во время неферментного копирования РНК в растворе.

Для этого доклада ученые использовали запертую нуклеиновую кислоту и 5-метилцитидин-модифицированную РНК в качестве мономера шаблона привязки, чтобы увеличить активность кристаллизации и стабильность комплекса. Хотя эти усовершенствования улучшили качество моделей, на которых рассматривалось спаривание мономеров и матричной РНК, существует вероятность того, что эти структурные модификации могли спровоцировать аномальные реакции, которые вовсе не обязательно свойственны репликации РНК в растворе.

Не так давно исследования при помощи ядерного магнитного резонанса (ЯМР) показали, что при любых условиях ~0.1-1% пар оснований со связью Уотсона-Крика в двуцепочечной ДНК случайным образом открываются и меняют свой тип связи на модель Хугстина, после чего существуют в таком виде долю миллисекунд. Если рассматривать эти два экспериментальных наблюдения вкупе, то можно заметить, что они указывают на возможную вездесущность неканоничных моделей спаривания в пребиотическом мире и современной биологии.

Таким образом, авторы исследования разработали и синтезировали нуклеотид пиразолил-фосфата под названием PZG, который является инертной структурной копией 2-MeImpG. Кристаллические структуры высокого разрешения этого лиганда, связанные с РНК-дуплексами различной длины, показали неожиданное разнообразие моделей мономерно-шаблонных связей. Эксперимент выявил, что гуаниновое основание PZG может спариваться с матричной РНК не только по каноничной модели Уотсона-Крика, но и по неканоничным, что достигается благодаря водородным связям донорно-акцентных групп нуклеинового основания.

Опубликовано: 04.11.2016 в 18:40

Похожие статьи

Вперед Назад

Комментарии

Комментарии отсутствуют

Выберите себе хорошего специалиста!

Понравилось? Поделитесь с друзьями или разместите у себя:
loading...