הפוטנציאל החבוי של RNA: מחקר חדש חושף את תפקידו בחיים המוקדמים ובביו-הנדסה עתידית

פרסומת
X-ray_Promo1


תחילת החיים על פני כדור הארץ והתפתחותם במשך מיליארדי שנים ממשיכים לסקרן חוקרים ברחבי העולם. הדוגמה המרכזית או הזרימה הכיוונית של מידע גנטי מתבנית חומצת גרעין דאוקסיריבוזה (DNA) לתמלול חומצת גרעין ריבוז (RNA), ולבסוף לחלבון פונקציונלי, היא בסיסית למבנה התא ותפקודיו. ה-DNA מתפקד כמתווה של התא ונושא מידע גנטי הנדרש לסינתזה של חלבונים פונקציונליים. לעומת זאת, חלבונים נדרשים לסינתזה של DNA. לכן, האם הדנ"א הופיע ראשון או חלבון, ממשיך להישאר עניין של ויכוח.

פרסומת

הגרסה המולקולרית הזו של שאלת "התרנגולת והביצה" הובילה להצעה של "עולם רנ"א". RNA בצורת 'ריבוזימים' או אנזימי RNA נושאים מידע גנטי הדומה ל-DNA וגם בעלי פונקציות קטליטיות כמו חלבונים. גילוי הריבוזימים הניע עוד יותר את השערת עולם ה-RNA, שבה ה-RNA שירת פונקציות כפולות של "אחסון מידע גנטי" ו"קטליזה", והקלה על פעילויות חיים פרימיטיביות על ידי RNA בלבד. בעוד שהריבוזומים המודרניים הם קומפלקס של RNA וחלבונים, ריבוזימים בשלבים אבולוציוניים מוקדמים אולי חוברו יחד באמצעות הרכבה של יחידות RNA תפקודיות בודדות.

כדי לבדוק השערה זו, פרופסור קוג'י תמורה, יחד עם צוות החוקרים שלו במחלקה למדע וטכנולוגיה ביולוגית, אוניברסיטת טוקיו למדע, ערכו סדרה של ניסויים לפענוח הרכבה של ריבוזימים פונקציונליים. לשם כך, הם תכננו ריבוזים מלאכותי, R3C ligase, כדי לחקור כיצד יחידות RNA בודדות מתחברות יחד ליצירת מבנה פונקציונלי. מתן תובנה נוספת על עבודתם שפורסמה ב-17 באפריל 2024, ב חַיִים, פרופ' תמורה קובע, "ליגאז R3C הוא ריבוזים המזרז את היווצרותו של קישור 3',5'-פוספודיסטר בין שתי מולקולות RNA. שינינו את המבנה על ידי הוספת תחומים ספציפיים שיכולים לקיים אינטראקציה עם גורמים שונים".

בתוך הריבוזומים, שהם האתר של סינתזת חלבון, מתאספות יחידות RNA לתפקד כמרכז פפטידיל טרנספראז (PTC) בצורה כזו שהן יוצרות פיגום לגיוס חומצות אמינו (רכיבים בודדים של פפטיד/חלבון) המחוברות ל-tRNAs . זוהי תובנה חשובה לגבי ההיסטוריה האבולוציונית של מערכות סינתזת חלבונים, אך היא אינה מספיקה כדי להתחקות אחר המסלול האבולוציוני המבוסס על השערת RNA World.

כדי לחקור אם ההתארכות של RNA, המושגת על ידי קישור יחידות RNA בודדות יחד, מווסתת באופן אלוסטרי, החוקרים שינו את המבנה של הליגאז R3C. הם עשו זאת על ידי שילוב רצפי RNA קצרים הקושרים את אדנוזין טריפוספט (ATP), מולקולת נושאת אנרגיה חיונית בתאים, לתוך הריבוזים. הצוות ציין שפעילות הליגאז R3C הייתה תלויה בריכוז ATP, כאשר פעילות גבוהה יותר נצפתה בריכוזים גבוהים יותר של ATP. יתר על כן, עלייה בטמפרטורת ההיתוך (TM ערך) הצביע על כך שהקישור של ATP לליגאז R3C ייצב את המבנה, מה שכנראה השפיע על פעילות הליגאז שלו.

באופן דומה, במיזוג רצף RNA קושר L-היסטידין לריבוזים, הם ציינו עלייה בפעילות הליגאז בריכוזים גדלים של היסטידין (חומצת אמינו מפתח). יש לציין שהעלייה בפעילות הייתה ספציפית להגדלת הריכוזים של ATP או היסטידין; לא נצפו שינויים בתגובה לטריפוספטים נוקלאוטידים אחרים או חומצות אמינו. ממצאים אלו מצביעים על כך ש-ATP והיסטידין פועלים כמולקולות אפקטור המעוררות שינויים קונפורמטיביים מבניים בריבוזים, המשפיעים עוד יותר על יציבות האנזים ופעילותם.

ATP הוא נושא האנרגיה המרכזי של התא התומך בתהליכים מולקולריים רבים, בעוד שהיסטידין היא חומצת האמינו הנפוצה ביותר שנמצאת באתר הפעיל של אנזימים, ושומרת על הכימיה של חומצה-בסיס שלהם. בהתחשב בתפקידים החשובים של ATP והיסטידין באינטראקציות של RNA ובפונקציות מולקולריות, תוצאות אלו מספקות תובנות חדשות לגבי תפקידו של RNA באבולוציה המוקדמת, כולל מקור הקוד הגנטי. יתר על כן, ריבוזימים מהונדסים כמו זה שפותח במחקר זה טומנים בחובם הבטחה משמעותית במספר עצום של יישומים כולל אספקת תרופות ממוקדת, טיפולים, חיישנים ננו-ביו, הנדסת אנזימים וסינתזה של אנזימים חדשים עם שימושים בתהליכים תעשייתיים שונים.

בסך הכל, מחקר זה יכול להציע תובנות כיצד התרחש המעבר מעולם ה-RNA ל"עולם ה-DNA/חלבון" המודרני. הבנה בסיסית של עולם ה-RNA, בתורה, יכולה לשפר את השימוש בהם ביישומים אמיתיים.

"מחקר זה יוביל להבהרת התהליך של 'השגת תפקוד ושיתופיות מבוססת אלוסטריות' באבולוציה של RNA. אינטראקציות RNA-RNA, אינטראקציות RNA-חומצות אמינו והאלוסטריות המיושמות במחקר זה יכולות להנחות את ייצור של שרירותי ננו-מבנים של RNA, עם יישומים שונים", מסכם פרופ' תמורה.



קישור לכתבת המקור – 2024-04-18 18:18:06

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
X-ray_Promo1

עוד מתחומי האתר