RNA-タンパク質ハイブリッドを含む生命の起源理論が新たな支持を得る

化学者たちは、RNA分子がアミノ酸の短鎖をつなぐことができることを実証することによって、生命の始まりの理論における重大な問題を解決したと言います。

5月11日に公開された調査結果 自然¹、「RNAワールド」仮説のバリエーションをサポートします。これは、DNAとそれがコードするタンパク質が進化する前は、最初の生物は、ヌクレオシドの配列として遺伝子情報を保存できる分子であるRNAの鎖に基づいていたと提案しています。 A、C、G、U —そして化学反応の触媒として機能します。

この発見は、「初期の化学進化を追求するための広大で根本的に新しい道を開く」と、ドイツのハインリッヒハイネ大学デュッセルドルフで分子進化を研究しているビルマーティンは述べています。

RNAの世界では、標準的な理論によれば、生命は、自分自身をコピーし、他の鎖と競合することができる複雑なプロトRNA鎖として存在する可能性があります。 その後、これらの「RNA酵素」は、タンパク質を構築し、最終的にはそれらの遺伝子情報をより安定したDNAに転送する能力を進化させた可能性があります。 RNAだけで作られた触媒は、今日のすべての生細胞に見られるタンパク質ベースの酵素よりもはるかに効率が低いため、これがどのように発生するかは未解決の問題でした。 “それでも [RNA] 触媒が発見されましたが、その触媒力はお粗末です」とドイツのミュンヘンのルートヴィヒマクシミリアン大学の有機化学者であるトーマスカレルは言います。

RNAリボソーム

この難問を調査している間、Carellと彼の共同研究者は、現代のすべての生物がタンパク質を構築する方法でRNAが果たす役割に触発されました。遺伝子をコードするRNAの鎖（通常はDNA塩基のシーケンスからコピーされた）が、対応するタンパク質を一度に1アミノ酸ずつ構築するリボソーム。

ほとんどの酵素とは異なり、リボソーム自体はタンパク質だけでなく、RNAのセグメントで構成されており、これらはタンパク質の合成に重要な役割を果たします。 さらに、リボソームには、標準的なRNAヌクレオシドA、C、G、およびUの修飾バージョンが含まれています。これらのエキゾチックなヌクレオシドは、原始的なブロスの痕跡として長い間見られてきました。

Carellのチームは、生細胞で一般的に見られる2つのRNAを結合することにより、このような2つの修飾ヌクレオシドを含む合成RNA分子を構築しました。 エキゾチックサイトの最初の部分で、合成分子はアミノ酸に結合する可能性があり、アミノ酸は次に横方向に移動して、それに隣接する2番目のエキゾチックヌクレオシドと結合します。 次に、チームは元のRNA鎖を分離し、独自のアミノ酸を持った新しいRNA鎖を持ち込みました。 これは、以前に2番目の鎖に結合していたアミノ酸と強力な共有結合を形成するための正しい位置にありました。 このプロセスは段階的に続けられ、RNAに付着して成長するアミノ酸の短鎖（ペプチドと呼ばれるミニタンパク質）が成長しました。 アミノ酸間の結合の形成にはエネルギーが必要であり、研究者は溶液中のさまざまな反応物でアミノ酸をプライミングすることによってエネルギーを提供しました。

「これは非常にエキサイティングな発見です」とマーティンは言います。「RNAベースのペプチド形成への新しいルートを描くだけでなく、RNAの天然に存在する修飾塩基への新しい進化的重要性を明らかにするからです。」 この結果は、生命の起源においてRNAが果たす重要な役割を示していますが、自己複製するためにRNAだけを必要としない、とマーティンは付け加えています。

アトランタのジョージア工科大学の生物物理学者であるローレン・ウィリアムズも同意します。 「RNAの起源とタンパク質の起源が関連していて、それらの出現が独立していない場合、数学はRNA-タンパク質の世界を支持し、RNAの世界から離れて根本的にシフトします」と彼は言います。

これがもっともらしい生命の起源であることを示すために、科学者はさらにいくつかのステップを完了する必要があります。 チームのRNAで形成されるペプチドは、RNAに保存されている情報によって決定されるものではなく、アミノ酸のランダムなシーケンスで構成されています。 Carellは、より大きなRNA構造は、特定の部位で特定のアミノ酸を「認識する」形状に折りたたまれるセクションを持ち、明確な構造を生成する可能性があると述べています。 そして、これらの複雑なRNA-ペプチドハイブリッドのいくつかは、触媒特性を持ち、より効率的になるための進化的圧力にさらされる可能性があります。 「分子が複製できるのであれば、あなたは小さな生物のようなものを持っています」とCarellは言います。