Новый взгляд на эволюцию ранних взаимодействий РНК и белков

Белково-РНК комплексы повсеместно распространены в современной жизни и необходимы для многих стадий клеточного цикла и метаболизма. Новое исследование представляет экспериментальное подтверждение новой точки зрения на то, как эволюционировали ранние взаимодействия белок-РНК.

Взаимодействия РНК-пептид/белок были крайне важны для жизни с её самых ранних форм, уходящих в прошлое до последнего универсального общего предка (LUCA). Однако древние молекулярные механизмы этого ключевого биологического взаимодействия остаются загадкой, поскольку современные РНК-белковые взаимодействия сильно зависят от положительно заряженных и ароматических аминокислот, которые отсутствовали или были сильно недоступны в ранний до-LUCA эволюционный период.

Мультидисциплинарная группа исследователей провела исследование, в котором из библиотеки размером ~10¹⁰ частично рандомизированных последовательностей, состоящих из 10 пребиотически правдоподобных канонических аминокислот, был отобран вариант РНК-связывающего C-концевого домена рибосомального белка uL11. Отобранный вариант связывается с соответствующей РНК со сходной общей аффинностью, хотя в несвязанной форме он менее структурирован, чем домен дикого типа. Ассоциация и диссоциация комплекса варианта протекают медленнее, чем у дикого типа, что подразумевает различные механистические процессы. Профиль стабильности комплексов дикого типа и мутанта вместе с MD-моделированием выявляют качественные различия в режимах взаимодействия. В отсутствие положительно заряженных и ароматических остатков мутантный домен uL11 использует ионные мостиковые взаимодействия между сахаро-фосфатным остовом РНК и остатками глутаминовой кислоты в качестве альтернативного источника стабилизации.

Исследование предполагает возможность, что положительно заряженные аминокислоты были добавлены в белковый алфавит позже для тонкой настройки транзитных взаимодействий РНК-белок, но не были строго необходимы. «Наше исследование представляет экспериментальное подтверждение новой точки зрения на то, как эволюционировали ранние взаимодействия белок-РНК, где отсутствие ароматических/основных остатков могло компенсироваться кислыми остатками плюс ионы металлов», — заключила исследователь Клара Глухова из Карлова университета в Праге.