Nature新文章：生命起源于“RNA世界”
来自芝加哥大学的科学家们在《自然》(Nature)杂志上报告称，RNA是控制基因表达的分子机器——剪接体的重要功能元件。这一研究发现确立了是RNA，而非蛋白质，负责催化了这一基础生物学过程，丰富了地球上的生命起源于仅以RNA为基础的世界这一假说。
研究的共同通讯作者、芝加哥大学分子遗传学和细胞生物学副教授Jonathan Staley博士说：“真核基因表达的三个重要过程，其中有两个——剪接和翻译现在被证实是由RNA催化。真核基因表达信号通路与其说是一条基于蛋白质的信号通路，不如说是一条基于RNA的信号通路。”
为了实现基因表达，必须将DNA翻译为蛋白质，这些结构和功能分子催化了生命所需的化学反应。为此，储存在DNA中的遗传信息首先会被复制到信使RNA (mRNA)链中，随后这些mRNA被用于制造蛋白质。
在真核生物中，几乎所有的基因都进行选择性剪接，mRNA前体按许多不同的组合进行切割再连接到一起。这显著地增加了单个基因编码的蛋白质数量，被认为是导致高等生物体大量复杂性的原因。剪接是一个至关重要的生物学机制——至少15%的人类疾病是由于剪接错误所致。
剪接体是由蛋白质和短非编码RNA片段构成，其通过催化作用来完成剪接。在生物过程中催化作用通常被认为是以蛋白质为基础的酶所为。然而，以往的研究则提示对之负责的有可能是剪接体中的RNA。尽管经历了数十年的研究，到目前为止这一问题仍未获得答案。
为了解答这一问题，Staley和芝加哥大学生物化学、分子生物学和化学教授Joseph Piccirilli，与论文的共同主要作者、研究生Sebastian Fica及Nicole Tuttle展开了合作。
研究人员首先使得剪接体丧失了自我纠正剪接错误的能力。随后他们改变了剪接过程中已知被切割的mRNA前体位点上的单个原子，以及被猜测对催化作用极其重要的剪接体RNA亚基——U6上的几个原子。其中的一些改变导致了剪接不力。他们仔细检测并系统解救了这一功能丧失，调查了个别及组合位点。由此探究了对于剪接功能至关重要的位点，确定了U6和mRNA前体之间的联系。
研究小组发现，U6 RNA亚基直接控制了催化功能——有效地发挥了剪接体的刀片作用。这是第一个实验证据证明，RNA是这一关键生物机制的重要功能组件。
他们还发现剪接体RNAs与II型内含子(一种进化上古老的自剪接、催化RNA类型，存在于生命的所有主要分支中)在结构和功能上存在显著的相似之处。他们认为这表明了这两种以RNA为基础的剪接催化因子共享了共同的进化起源，提供了进一步的证据表明，包括剪接体和核糖体在内的重要现代RNA-蛋白质复合体都从RNA世界进化而来。
Piccirilli说：“在现代生命中，蛋白质酶催化了大多数的生物反应。这一研究结果发现像剪接体这样的，蛋白质组成多于RNA的系统利用了RNA进行催化作用，其分子祖先完全是由RNA构成，表明剪接体的反应中心有可能是来自‘RNA世界’的一个分子化石。”
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项目成果
