陈瑞慧等《自然》描绘RNA世界

　　生物通报道：来自德州大学奥斯汀分校细胞与分子生物学研究院（Institute for Cellular and Molecular Biology，生物通注），普渡大学生物化学系的研究人员确定了一种原始真菌的蛋白/核酶复合体的晶体结构，揭示了生命从简单到复杂的进化机制，而且这一“RNA世界”遗迹对于研究RNA功能意义重大。这一研究成果公布在昨天公布的《Nature》杂志上。

文章的作者包括普渡大学的Barbara L. Golden，及其生物化学博士学生陈瑞慧（Jui-Hui Chen，音译）等。

 

（Barbara L. Golden）

通过研究这一真菌蛋白结合在一个RNA分子上的三维结构，研究人员可以勾画出生命如何从早期的自我复制——RNA分子既催化重要的化学反应，又携带遗传信息——进化成现代生物学中的蛋白已经成为细胞中完成酶催化作用的主要角色，而核酸则仍旧扮演携带遗传信息的角色。

德州大学细胞与分子生物学研究院主任Alan Lambowitz表示，“现在我们能看到RNA如何发展成将这些功能与蛋白分享”，“这是之前被遗失的一个关键步骤。”

Golden解释道，“生命的最初分子被认为是RNA，或类似的一些分子形式，这些分子担负着将遗传信息一代传给一代的使命，它们进行折叠，这样才能在细胞中行使功能”，“在某个时间里，RNA进化了，变得能制造蛋白了，就在这个时候，蛋白就开始替代RNA之前的角色——作为催化剂，构建细胞中的结构。”

为了能展现这一点，并获得更多有关RNA进化成更复杂生命形式的信息，研究人员将目光聚焦到了一种真菌身上，这种真菌链孢霉（Neurospora crassa，生物通注）仍有RNA世界的遗迹：其线粒体tyrosyl-tRNA合成酶CYT-18具有催化功能，并且能帮助进行剪接。

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（晶体结构动画）

Golden说，“显然，没有时间机器，我们不能看到从RNA到RNA，RNA到蛋白，再到DNA的过程”，“但是通过这种真菌蛋白，我们能在现代生物中看到这个过程。”

通过分析这个结晶结构，研究人员获得了两个结论：一个就是这个蛋白能利用两个完全不同的分子行使其两种功能，二是这个蛋白好像能完成RNA在其它简单生物中具有的功能。Golden表示，“这个结晶结构提供了一个在进化过程中，蛋白分子如何协助RNA分子行使功能，并最终替代了RNA的角色的snapshot。”

之前研究人员投入到了一个长期的研究基本细胞工作蛋白的功能，以及其它真菌进化化石方面的项目中，早期的研究让科学家们发现一个完全不同的蛋白，这种蛋白能展现从RNA，蛋白的世界演变成DNA世界的过程。

在后来的研究中，即这一研究中，研究人员获得了蛋白的结晶结构，并且他们也发现这种蛋白能替代一些RNA分子，完成细胞内化学反应功能，这种蛋白还能稳定RNA分子中一种称为内含子（intron）的结构，从而RNA能去除非功能性遗传物质，将一个完整功能的基因拼接在一起，这也就是我们所说的剪接（生物通注）。

“我们研究中的RNA分子能行使一些特殊的化学反应，但是它们需要这个反应中的一种蛋白协助才能有效的执行功能。”

这些基础的科学理论知识最终将用于临床，Lambowitz表示，“这项工作在抗真菌药物的研发上具有潜在的意义，下一步我们将针对那些具有致命性的病原菌进行研究”，“另外一个方面就是研究更为详细的结构，从而希望能更深入了解原始化学反应。”
（生物通：张迪）

原文摘要：
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
『Abstract』

名词解释：

链孢霉（Neurospora crassa）

链孢霉有两种繁殖方式，一种是无性繁殖，当其孢子（N）或菌丝落在营养物上，孢子萌发，菌丝生长形成菌丝体（N）。另一种是有性繁殖，两个亲本必须是不同的交配型（matig type）A和a，各自的分生孢子会散落在不同交配型子实体的受精丝上，进入子实体，进行核融合，形成2n核，（A/a）。二倍体时期十分短暂，很快进行减数分裂，最后再经过一次有丝分裂，在子囊中产生8个单倍体的子囊孢子，子囊孢子成熟后有可萌发，长成新的菌丝体。

链孢霉后代多，样本大，统计分析的误差小，生活周期段短，在短时间内可获得结果。链孢霉易培养和操作，可利用选择培养基筛选各种突变型；链孢霉又属真核生物，可作为真核的研究模型，因此是很好的遗传学实验材料。子囊孢子是单倍体，不存在显隐性的问题，表型和基因型一致；孢子按顺序排列在子囊中，我们称其为顺序四分子（Ordered tetrad），经过分析易于确定是否是重组类型及基因的转变，其着丝粒本身也可看作是一个位点来研究，因此在四分体时期进行遗传分析是很方便的，这种方法称为四分子分析（terard analysis）。