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PNAS：重大突破！利用RNA核酶復(fù)制和擴(kuò)增RNA

妙手生春 2024-06-07 10:34:10

2016年08月18日訊 RNA自我復(fù)制是RNA世界假說的一個(gè)關(guān)鍵部分

，但是在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生能夠合成
、復(fù)制和擴(kuò)增功能性RNA分子的核酶（ribozyme）一直是比較困難的
。在此之前
，最為成功的I類RNA聚合酶核酶變異體即便在它們偏好的模板---短的簡單的富含嘧啶堿基的RNA序列---上
，工作效率并不高效
。

在一項(xiàng)新的研究中

，來自美國斯克里普斯研究所的研究人員報(bào)道他們利用體外進(jìn)化產(chǎn)生一種改進(jìn)的聚合酶核酶
，這種聚合酶核酶能夠合成多種功能性的結(jié)構(gòu)化RNA和擴(kuò)增短的RNA模板
。相關(guān)研究結(jié)果于2016年8月15日在線發(fā)表在PNAS期刊上
，論文標(biāo)題為“Amplification of RNA by an RNA polymerase ribozyme”。

論文作者Gerald Joyce和David Horning利用I類RNA聚合酶核酶的一種變異體開始開展研究

。他們隨后在它的整個(gè)序列上引入隨機(jī)突變
，從而產(chǎn)生100萬億個(gè)變異體。Joyce和Horning隨后通過讓這些核酶變異體啟動(dòng)合成RNA適配體（RNA aptamer）---結(jié)合到維生素B12的人工合成形式或GTP上的分子---來給這個(gè)變異體群體施加壓力
。在每輪篩選時(shí)
，研究人員選擇產(chǎn)生功能性產(chǎn)物、正確長度的產(chǎn)物或者正常長度的功能性產(chǎn)物的核酶變異體
。

！利用RNA核酶復(fù)制和擴(kuò)增RNA.png" />

研究人員通過讓這些核酶變異體在更少的時(shí)間內(nèi)合成更長的RNA分子來增加隨后篩選的嚴(yán)謹(jǐn)性。到第24輪時(shí)

，這個(gè)核酶變異體群體能夠合成出富含嘌呤堿基的功能性RNA序列
。

研究人員從這個(gè)群體中分離出一種被稱作24-3的核酶變異體，它擁有17個(gè)突變

。這種24-3聚合酶核酶使用了所有的四種堿基
，能夠比初始的聚合酶核酶更快地發(fā)揮功能。它能夠復(fù)制多種具有復(fù)雜二級(jí)結(jié)構(gòu)的功能性RNA
，包括適配體
、其他的核酶和酵母tRNA。他們證實(shí)24-3也能夠在PCR（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）技術(shù)的僅以RNA為模板的版本中呈系數(shù)級(jí)地?cái)U(kuò)增短的RNA模板
。

來自英國醫(yī)學(xué)研究理事會(huì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的Philipp Holliger（未參與這項(xiàng)研究）在發(fā)給《科學(xué)家》雜志的電子郵件中寫道

，“它真地是非常不錯(cuò)的研究，是實(shí)現(xiàn)RNA自我復(fù)制目標(biāo)上的一項(xiàng)重大進(jìn)展
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然而，這種24-3聚合酶核酶不能夠自我復(fù)制

。盡管酵母tRNA是高度結(jié)構(gòu)化的
，而且也比早前的聚合酶核酶合成的產(chǎn)物大一些，但是這種24-3核酶要比酵母tRNA大3倍
，甚至含有更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)元件
。

Joyce、Horning和同事們?cè)谡谶M(jìn)行的體外進(jìn)化實(shí)驗(yàn)中努力克服這個(gè)限制

。研究人員說
，更加嚴(yán)格的篩選策略應(yīng)當(dāng)促進(jìn)這種核酶更加高效地制造更加大的、更加復(fù)雜的功能性產(chǎn)物
。

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