logo

Пользовательского поиска

Sunday 22nd of July 2018

Исследование эволюции рибосом бросает вызов гипотезе о «РНК-мире»

Печать E-mail
Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 
Актуальные темы - К истокам живого
Автор: Administrator   
20.03.2012 19:07

 

Профессор Густаво Каэтано-Аноллес (Gustavo Caetano-Anollés)

Профессор Густаво Каэтано-Аноллес (Gustavo Caetano-Anollés). (Фото: L. Brian Stauffer)


На заре существования рибосомы – места синтеза белка – существовали рибонуклеиновые кислоты, молекулы, которые мы называем РНК, выполняющие сегодня целый ряд жизненно важных функций в клетке. Согласно новому исследованию, еще до того, как многие функциональные части рибосомы стали использоваться для синтеза белка, на сцене биологической эволюции присутствовали и взаимодействовали с РНК белки. Это открытие бросает вызов устоявшейся гипотезе о ранних этапах эволюции жизни.


Гипотеза «РНК-мира», впервые предложенная в 1986 году в статье в журнале Nature, нашедшая поддержку многих ученых и разрабатываемая более 25 лет, утверждает, что на первых этапах молекулярной эволюции основными игроками были не белки, а РНК, а белкиДНК) появились позже.

«Я убежден, что гипотеза РНК-мира неверна», - говорит профессор отделения растениеводства (University of Illinois crop sciences) и Института геномной биологии (Institute for Genomic Biology) Университета штата Иллинойс в Урбана-Шампейн (University of Illinois at Urbana–Champaign) Густаво Каэтано-Аноллес (Gustavo Caetano-Anollés), руководитель нового исследования. «Мир нуклеиновых кислот не мог бы существовать, не будучи привязанным к белкам».

Рибосома – комплекс, в котором может быть до 80 белков, взаимодействующих с множеством молекул РНК. Поэтому в предположении, что этот комплекс является результатом длительного и сложного процесса постепенной коэволюции, есть смысл, считает профессор Каэтано-Аноллес. Более того, «РНК не могут выполнять молекулярную функцию синтеза белков, необходимую для клетки, сами по себе».

По его мнению, исходные положения об эволюционном происхождении рибосом сторонников гипотезы РНК-мира не имеют надлежащего научного обоснования. Самым фундаментальным из этих положений является то, что часть рибосомы, отвечающая за синтез белка – пептидилтрансферазный центр (peptidyl transferase center, PTC) – является самой древней.

Чтобы получить информацию об эволюции универсальных белковых и РНК-компонентов рибосом, содержащуюся в их структуре, профессор Каэтано-Аноллес и аспирант Аджит Хариш (Ajith Harish) подвергли их строгому молекулярному анализу. Кроме того, они проанализировали термодинамические свойства рибосомных РНК. На основе этой информации были построены графики, отображающие эволюцию рибосомных РНК и белков.

Ученые воссоздали эволюцию РНК (слева) и белковых (справа, вместе с рибосомной РНК) компонентов рибосомы. Более древние компоненты показаны красным; более молодые – синим. Два графика демонстрируют «большую конгруэнтность», что дает возможность предположить коэволюцию рибосомных белков и рибосомных РНК.

Ученые воссоздали эволюцию РНК (слева) и белковых (справа, вместе с рибосомной РНК) компонентов рибосомы. Более древние компоненты показаны красным; более молодые – синим. Два графика демонстрируют «большую конгруэнтность», что дает возможность предположить коэволюцию рибосомных белков и рибосомных РНК. (Рис. illinois.edu)


Составленные независимо друг от друга эти два «родословные древа» – рибосомных белков и рибосомных РНК – демонстрируют «большую конгруэнтность», комментирует полученные графики профессор Каэтано-Аноллес. Например, белки, окружающие пептидилтрансферазный центр рибосомы, оказались насколько же древними, насколько и рибосомные РНК, образующие этот центр. Фактически, пептидилтрансферазный центр появился в эволюции вскоре после того, как образовался комплекс из двух основных субъединиц рибосомы вместе со стабилизирующими его РНК-мостиками.

Полученные графики показывают, что пептидилтрансферазный центр появился значительно позже других областей РНК-белкового комплекса. По словам Каэтано-Аноллеса, это наводит на мысль о том, что, во-первых, белки появились раньше привлечения рибосомных РНК для помощи в их образовании и, во-вторых, прежде чем рибосомные РНК стали играть роль в оказании помощи в синтезе белка, они были вовлечены в решение других задач.

Это ключевая часть головоломки, считает Каэтано-Аноллес. «Если эволюционное развитие рибосомных белков и РНК, а также взаимодействий между ними шло постепенно, шаг за шагом, рибосома не может быть продуктом РНК-мира. Вместо этого она должна быть продуктом мира рибонуклеопротеидов, древнего мира, который напоминает наш собственный. По-видимому, основные строительные блоки этой клеточной машины всегда – от начала жизни и до настоящего времени – были одними и теми же: это эволюционирующие и взаимодействующие белки и молекулы РНК».

Хронологическая репрезентация эволюции рибосом предполагает, что в самом ее начале (nd<0,3) спирали рРНК взаимодействовали с р-белками, образуя опосредовавшее нуклеотидные взаимодействия ядро процессивности, которое позднее (nd=0,3) служило центром для скоординированного и сбалансированного увеличения количества рибонуклеопротеидов, что впоследствии привело к появлению современной функции рибосом.

Хронологическая репрезентация эволюции рибосом предполагает, что в самом ее начале (nd<0,3) спирали рРНК взаимодействовали с р-белками, образуя опосредовавшее нуклеотидные взаимодействия ядро процессивности, которое позднее (nd=0,3) служило центром для скоординированного и сбалансированного увеличения количества рибонуклеопротеидов, что впоследствии привело к появлению современной функции рибосом. Фиолетовая структура соответствует сохранившейся до настоящего времени мРНК, которая используется в качестве структурной ссылки для обозначения локализации первичных функциональных центров. Профессор Каэтано-Аноллес предполагает, что древнейшие рибосомы выполняли репликативные функции, в которых, вероятно, участвовали РНК, поэтому молекулу мРНК в кристаллографической модели следует рассматривать в качестве заменителя древней кодирующей молекулы. (PLoS ONE)


«Это очень интересная и дающая пищу для размышлений статья одного из самых передовых и эффективных ученых в области эволюции белка», - комментирует результаты нового исследования профессор-исследователь Университета Калифорнии в Сан-Диего (University of California at San Diego) Рассел Дулиттл (Russell Doolittle). Однако он не согласен с представлениями Каэтано-Аноллеса, «что некоторые ранние белки образовались до эволюции рибосом как белоксинтезирующей системы» и задается вопросом, как, если белки были древнее, чем рибосома, которая сегодня синтезирует большинство из них, «аминокислотные последовательности этих ранних белков были «запомнены» и включены в новую систему».

Профессор Каэтано-Аноллес согласен, что это является «центральным, основополагающим вопросом», на который должен быть дан ответ. «Это требует понимания границ возникающих биологических функций на самых ранних этапах эволюции белков», - говорит он. Однако, по его словам, «белки, катализирующие синтез нерибосомных белков – сложный и, очевидно, универсальный конвейерный клеточный процесс, который не связан с молекулами РНК и который, тем не менее, может сохранять высокий уровень специфичности – являются более древними, чем рибосомные белки. Вполне вероятно, поэтому, что рибосомы были не первыми биологическими машинами для синтеза белков».

 

 

По материалам

Study of ribosome evolution challenges RNA world hypothesis

 

Оригинальная статья:

Ajith Harish, Gustavo Caetano-Anollés. Ribosomal History Reveals Origins of Modern Protein Synthesis

 

© «Исследование эволюции рибосом бросает вызов гипотезе о «РНК-мире»». Полная или частичная перепечатка материала разрешается при обязательной незакрытой от индексации, незапрещенной для следования робота активной гиперссылке на страницу К истокам живого. Письменное разрешение обязательно.

 

 

Еще о РНК-мире


«В начале была»…РНК! Убедительные доказательства первичности РНК-мира

 

Related Articles:
 

Vinaora Visitors Counter

mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter
mod_vvisit_counterToday166
mod_vvisit_counterYesterday1222
mod_vvisit_counterThis week166
mod_vvisit_counterLast week7705
mod_vvisit_counterThis month20282
mod_vvisit_counterLast month29238
mod_vvisit_counterAll days4054728

We have: 46 guests, 5 bots online
Your IP: 54.224.83.221
 , 
Today: Июл 22, 2018

RSS

Новое на LST

Работает на Joomla!. Valid XHTML and CSS.