蛋白質(zhì)合成中的“翻譯”過程涉及在連接到兩個(gè)不同的轉(zhuǎn)移 RNA (tRNA) 的兩個(gè)氨基酸之間形成肽鍵。長期以來，科學(xué)家們一直對這些 tRNA 如何在進(jìn)化上如此靠近核糖體感到困惑。在一項(xiàng)新的研究中，研究人員解釋了 tRNA 樣成分如何充當(dāng)與氨基酸結(jié)合的“RNA minihelices”之間肽鍵形成的支架，這些“RNA minihelices”是半 tRNA 樣分子。
存儲在 DNA 中的遺傳信息通過翻譯過程被“解碼”形成蛋白質(zhì)。這涉及在與轉(zhuǎn)移 RNA (tRNA) 分子結(jié)合的氨基酸之間形成肽鍵，這些分子在彼此非常接近的位置滑過核糖體，并拉長肽鏈，隨后發(fā)生構(gòu)象變化，形成蛋白質(zhì)。與小核糖體亞基中的密碼子依賴性氨酰-tRNA 識別相反，所討論的肽鍵形成以非氨基酸特異性方式發(fā)生在大核糖體亞基的肽基轉(zhuǎn)移酶中心 (PTC)。這種非特異性表明大亞基先于小亞基進(jìn)化，小亞基與 mRNA 和 tRNA 具有更特異性的相互作用。
盡管 PTC 形成的進(jìn)化過程已被徹底記錄，但對核糖體如何發(fā)展成功能實(shí)體并成為蛋白質(zhì)合成的重要組成部分知之甚少。長期以來，科學(xué)家們一直對 tRNA 需要“支架”的幫助才能產(chǎn)生肽鍵這一事實(shí)感到困惑，這使得它們通過受體臂上的 3'-CCA 序列進(jìn)行相互作用。那個(gè)腳手架是什么，以及它是如何運(yùn)作的，將會很有趣。
由 Koji Tamura 教授領(lǐng)導(dǎo)的東京科技大學(xué)的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)決定從生物進(jìn)化的連續(xù)性角度來解開這個(gè)謎團(tuán)。他們的研究于 2022 年 4 月 12 日在線發(fā)表在《生命》雜志第 12 卷第 4 期，闡明了蛋白質(zhì)翻譯的進(jìn)化方面。他們的結(jié)果代表了重要的證據(jù)來證明關(guān)于 PTC 的起源和進(jìn)化的假設(shè)，這改變了我們看待現(xiàn)代核糖體和 tRNA 的方式。
在仔細(xì)觀察了嗜熱棲熱菌(一種常用于遺傳學(xué)研究的細(xì)菌)的 70S 核糖體-tRNA 復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)后，這個(gè)想法得以實(shí)現(xiàn)。此處 tRNA 的肽基 (P-) 和氨?；?(A-) 位點(diǎn)對齊以使 CCA 末端靠近，就像橄欖球運(yùn)動員在“Goromaru 姿勢”中的食指一樣。“有一個(gè)特定的實(shí)體充當(dāng)了維持這種接近性的支架，它很可能源于原始 PTC，”Tamura 教授說。由于可能存在進(jìn)化方面的問題，該團(tuán)隊(duì)選擇利用原始 tRNA 或“RNA minihelix”進(jìn)行研究。
他們首先嘗試在存在核糖體 RNA 片段的情況下在兩個(gè)丙氨酸特異性小螺旋之間形成肽鍵。肽鍵是使用核糖體片段 P1c2 形成的，作為僅 70 個(gè)核苷酸長的 RNA 支架!接下來，他們在 P1c2 (P1c2UGGU) 中添加了一個(gè)末端氨基酸片段(序列為 UGGU)。根據(jù)質(zhì)譜結(jié)果，這增加了原來的4.2倍的肽鍵形成能力!兩個(gè)丙氨酸殘基之間的肽鍵形成得到二聚化 P1c2UGGU 支架的支持。支架的 UGGU 序列與相應(yīng)的小螺旋的 3'-末端 ACCA 相互作用，使兩個(gè)氨基酸足夠接近以產(chǎn)生肽鍵。諾貝爾獎獲得者 Ada Yonath 博士和她的團(tuán)隊(duì)最近表明，
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