Современные проблемы, примитивные решения: взгляд на архаичные системы синтеза белка

Белки в клетках синтезируются на основе генетического кода. Каждый белок кодируется триплетными комбинациями нуклеотидов. Специальная функциональная РНК — транспортная РНК (тРНК) — с помощью фермента аминоацил-тРНК-синтетазы (aaRS) сопоставляет код с правильной аминокислотой. Фермент аланил-тРНК-синтетаза (AlaRS) распознаёт аланин-специфичную тРНК (тРНК^Ala) по уникальной структурной особенности — паре оснований G3:U70 в миниспирали (верхней, аминокислот-акцепторной половине тРНК). Эта пара известна как «операционный РНК-код».

Эволюция системы тРНК–aaRS остаётся загадкой. Существующие данные указывают, что верхняя половина тРНК с этим операционным кодом появилась в эволюционной истории раньше, чем нижняя, которая связывается с кодом мРНК. У примитивного микроорганизма Nanoarchaeum equitans гены, кодирующие субъединицы AlaRS-α и AlaRS-β, разделены и находятся на расстоянии половины длины хромосомы.

Этот факт натолкнул группу учёных под руководством профессора Кодзи Тамуры из Токийского университета науки на гипотезу, что разделённые формы AlaRS у N. equitans могут быть связаны с эволюционной историей активности фермента aaRS.

Ключевые результаты исследования

Учёные клонировали и очистили субъединицы AlaRS N. equitans. Они обнаружили, что:

• При относительно высокой концентрации AlaRS-α одна способна присоединять аланин как к полноразмерной тРНК^Ala, так и к её миниспирали (minihelix^Ala).
• AlaRS-α взаимодействует с аланин-акцепторным концом тРНК^Ala, но не с парой оснований G3:U70.
• В присутствии обеих субъединиц (AlaRS-α и AlaRS-β) система работает G3:U70-зависимым образом, как и считалось ранее. Однако в одиночку AlaRS-α действует G3:U70-независимым способом.

Исследователи сделали вывод, что пара G3:U70, вероятно, является «поздним» операционным РНК-кодом, который появился в эволюции позднее для увеличения специфичности после возникновения субъединицы AlaRS-β.

Значение исследования

Профессор Тамура подчёркивает: «Наши данные впервые показывают существование G3:U70-независимого механизма добавления аланина. Используя молекулы РНК-миниспирали, которые считаются примитивной формой тРНК, мы также можем пролить свет на морфологию тРНК до эволюционного появления пары оснований G3:U70».

Это исследование приближает науку к разгадке тайны происхождения жизни. Сейчас команда сосредоточена на детальном структурном анализе с использованием мутантов AlaRS-α N. equitans. Полученные результаты заставляют переосмыслить фундаментальные главы эволюционной истории.