生物谷報道：來自德州大學(xué)奧斯汀分校細(xì)胞與分子生物學(xué)研究院（Institute for Cellular and Molecular Biology，）,，普渡大學(xué)生物化學(xué)系的研究人員確定了一種原始真菌的蛋白/核酶復(fù)合體的晶體結(jié)構(gòu),，揭示了生命從簡單到復(fù)雜的進(jìn)化機(jī)制，而且這一“RNA世界”遺跡對于研究RNA功能意義重大,。這一研究成果公布在昨天公布的Nature雜志上,。
文章的作者包括普渡大學(xué)的Barbara L. Golden，及其生物化學(xué)博士學(xué)生陳瑞慧（Jui-Hui Chen,，音譯）等,。
（Barbara L. Golden）
通過研究這一真菌蛋白結(jié)合在一個RNA分子上的三維結(jié)構(gòu)，研究人員可以勾畫出生命如何從早期的自我復(fù)制——RNA分子既催化重要的化學(xué)反應(yīng),，又?jǐn)y帶遺傳信息——進(jìn)化成現(xiàn)代生物學(xué)中的蛋白已經(jīng)成為細(xì)胞中完成酶催化作用的主要角色,，而核酸則仍舊扮演攜帶遺傳信息的角色。
德州大學(xué)細(xì)胞與分子生物學(xué)研究院主任Alan Lambowitz表示,，“現(xiàn)在我們能看到RNA如何發(fā)展成將這些功能與蛋白分享”，“這是之前被遺失的一個關(guān)鍵步驟,。”
Golden解釋道,，“生命的最初分子被認(rèn)為是RNA，或類似的一些分子形式,，這些分子擔(dān)負(fù)著將遺傳信息一代傳給一代的使命,，它們進(jìn)行折疊，這樣才能在細(xì)胞中行使功能”,，“在某個時間里,，RNA進(jìn)化了，變得能制造蛋白了,，就在這個時候,，蛋白就開始替代RNA之前的角色——作為催化劑，構(gòu)建細(xì)胞中的結(jié)構(gòu),。”
為了能展現(xiàn)這一點(diǎn),，并獲得更多有關(guān)RNA進(jìn)化成更復(fù)雜生命形式的信息，研究人員將目光聚焦到了一種真菌身上，這種真菌鏈孢霉（Neurospora crassa,，生物谷注）仍有RNA世界的遺跡：其線粒體tyrosyl-tRNA合成酶CYT-18具有催化功能,，并且能幫助進(jìn)行剪接,。
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（晶體結(jié)構(gòu)動畫）
Golden說,，“顯然，沒有時間機(jī)器,，我們不能看到從RNA到RNA,，RNA到蛋白，再到DNA的過程”,，“但是通過這種真菌蛋白,，我們能在現(xiàn)代生物中看到這個過程。”
通過分析這個結(jié)晶結(jié)構(gòu),，研究人員獲得了兩個結(jié)論：一個就是這個蛋白能利用兩個完全不同的分子行使其兩種功能,，二是這個蛋白好像能
完成RNA在其它簡單生物中具有的功能。Golden表示,，“這個結(jié)晶結(jié)構(gòu)提供了一個在進(jìn)化過程中,，蛋白分子如何協(xié)助RNA分子行使功能，并最終替代了RNA的角色的snapshot,。”
之前研究人員投入到了一個長期的研究基本細(xì)胞工作蛋白的功能,，以及其它真菌進(jìn)化化石方面的項(xiàng)目中，早期的研究讓科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一個完全不同的蛋白,，這種蛋白能展現(xiàn)從RNA,，蛋白的世界演變成DNA世界的過程。
在后來的研究中,，即這一研究中,，研究人員獲得了蛋白的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，并且他們也發(fā)現(xiàn)這種蛋白能替代一些RNA分子,，完成細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)功能,，這種蛋白還能穩(wěn)定RNA分子中一種稱為內(nèi)含子（intron）的結(jié)構(gòu)，從而RNA能去除非功能性遺傳物質(zhì),，將一個完整功能的基因拼接在一起,，這也就是我們所說的剪接。
“我們研究中的RNA分子能行使一些特殊的化學(xué)反應(yīng),，但是它們需要這個反應(yīng)中的一種蛋白協(xié)助才能有效的執(zhí)行功能,。”
這些基礎(chǔ)的科學(xué)理論知識最終將用于臨床，Lambowitz表示,，“這項(xiàng)工作在抗真菌藥物的研發(fā)上具有潛在的意義,，下一步我們將針對那些具有致命性的病原菌進(jìn)行研究”,，“另外一個方面就是研究更為詳細(xì)的結(jié)構(gòu)，從而希望能更深入了解原始化學(xué)反應(yīng),。”
生物谷推薦原始出處：
Nature 451, 94-97 (3 January 2008) | doi:10.1038/nature06413; Received 26 September 2007; Accepted 24 October 2007
Structure of a tyrosyl-tRNA synthetase splicing factor bound to a group I intron RNA
Paul J. Paukstelis1, Jui-Hui Chen2, Elaine Chase2, Alan M. Lambowitz1,3 & Barbara L. Golden2,3
Institute for Cellular and Molecular Biology, Department of Chemistry and Biochemistry, and Section of Molecular Genetics and Microbiology, School of Biological Sciences, University of Texas at Austin, Austin, Texas 78712, USA
Department of Biochemistry, Purdue University, West Lafayette, Indiana 47907, USA
These authors contributed equally to this work.
Correspondence to: Alan M. Lambowitz1,3Barbara L. Golden2,3 Correspondence and requests for materials should be addressed to A.M.L. (Email: [email protected]) or B.L.G. (Email: [email protected]).
The 'RNA world' hypothesis holds that during evolution the structural and enzymatic functions initially served by RNA were assumed by proteins, leading to the latter's domination of biological catalysis. This progression can still be seen in modern biology, where ribozymes, such as the ribosome and RNase P, have evolved into protein-dependent RNA catalysts ('RNPzymes'). Similarly, group I introns use RNA-catalysed splicing reactions, but many function as RNPzymes bound to proteins that stabilize their catalytically active RNA structure1, 2. One such protein, the Neurospora crassa mitochondrial tyrosyl-tRNA synthetase (TyrRS; CYT-18), is bifunctional and both aminoacylates mitochondrial tRNATyr and promotes the splicing of mitochondrial group I introns3. Here we determine a 4.5-Å co-crystal structure of the Twort orf142-I2 group I intron ribozyme bound to splicing-active, carboxy-terminally truncated CYT-18. The structure shows that the group I intron binds across the two subunits of the homodimeric protein with a newly evolved RNA-binding surface distinct from that which binds tRNATyr. This RNA binding surface provides an extended scaffold for the phosphodiester backbone of the conserved catalytic core of the intron RNA, allowing the protein to promote the splicing of a wide variety of group I introns. The group I intron-binding surface includes three small insertions and additional structural adaptations relative to non-splicing bacterial TyrRSs, indicating a multistep adaptation for splicing function. The co-crystal structure provides insight into how CYT-18 promotes group I intron splicing, how it evolved to have this function, and how proteins could have incrementally replaced RNA structures during the transition from an RNA world to an RNP world.
名詞解釋：
鏈孢霉（Neurospora crassa）
鏈孢霉有兩種繁殖方式,，一種是無性繁殖，當(dāng)其孢子（N）或菌絲落在營養(yǎng)物上,，孢子萌發(fā),，菌絲生長形成菌絲體（N）。另一種是有性繁殖,，兩個親本必須是不同的交配型（matig type）A和a,，各自的分生孢子會散落在不同交配型子實(shí)體的受精絲上，進(jìn)入子實(shí)體,，進(jìn)行核融合,，形成2n核，（A/a）,。二倍體時期十分短暫,，很快進(jìn)行減數(shù)分裂，最后再經(jīng)過一次有絲分裂,，在子囊中產(chǎn)生8個單倍體的子囊孢子,，子囊孢子成熟后有可萌發(fā)，長成新的菌絲體,。
鏈孢霉后代多,，樣本大，統(tǒng)計分析的誤差小,，生活周期段短,，在短時間內(nèi)可獲得結(jié)果。鏈孢霉易培養(yǎng)和操作,，可利用選擇培養(yǎng)基篩選各種突變型,；鏈孢霉又屬真核生物，可作為真核的研究模型,，因此是很好的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)材料。子囊孢子是單倍體,，不存在顯隱性的問題,，表型和基因型一致；孢子按順序排列在子囊中,，我們稱其為順序四分子（Ordered tetrad）,，經(jīng)過分析易于確定是否是重組類型及基因的轉(zhuǎn)變，其著絲粒本身也可看作是一個位點(diǎn)來研究,，因此在四分體時期進(jìn)行遺傳分析是很方便的,，這種方法稱為四分子分析（terard analysis）,。（生物谷）
