PNAS：重大突破！利用RNA核酶复制和扩增RNA
2016-08-17 佚名 生物谷
RNA自我复制是RNA世界假说的一个关键部分，但是在实验室中产生能够合成、复制和扩增功能性RNA分子的核酶（ribozyme）一直是比较困难的。在此之前，最为成功的I类RNA聚合酶核酶变异体即便在它们偏好的模板---短的简单的富含嘧啶碱基的RNA序列---上，工作效率并不高效。 在一项新的研究中，来自美国斯克里普斯研究所的研究人员报道他们利用体外进化产生一种改进的聚合酶核酶，这种聚合酶核酶能够合
RNA自我复制是RNA世界假说的一个关键部分，但是在实验室中产生能够合成、复制和扩增功能性RNA分子的核酶（ribozyme）一直是比较困难的。在此之前，最为成功的I类RNA聚合酶核酶变异体即便在它们偏好的模板---短的简单的富含嘧啶碱基的RNA序列---上，工作效率并不高效。
在一项新的研究中，来自美国斯克里普斯研究所的研究人员报道他们利用体外进化产生一种改进的聚合酶核酶，这种聚合酶核酶能够合成多种功能性的结构化RNA和扩增短的RNA模板。相关研究结果于2016年8月15日在线发表在PNAS期刊上，论文标题为“Amplification of RNA by an RNA polymerase ribozyme”。
论文作者Gerald Joyce和David Horning利用I类RNA聚合酶核酶的一种变异体开始开展研究。他们随后在它的整个序列上引入随机突变，从而产生100万亿个变异体。Joyce和Horning随后通过让这些核酶变异体启动合成RNA适配体（RNA aptamer）---结合到维生素B12的人工合成形式或GTP上的分子---来给这个变异体群体施加压力。在每轮筛选时，研究人员选择产生功能性产物、正确长度的产物或者正常长度的功能性产物的核酶变异体。
研究人员通过让这些核酶变异体在更少的时间内合成更长的RNA分子来增加随后筛选的严谨性。到第24轮时，这个核酶变异体群体能够合成出富含嘌呤碱基的功能性RNA序列。
研究人员从这个群体中分离出一种被称作24-3的核酶变异体，它拥有17个突变。这种24-3聚合酶核酶使用了所有的四种碱基，能够比初始的聚合酶核酶更快地发挥功能。它能够复制多种具有复杂二级结构的功能性RNA，包括适配体、其他的核酶和酵母tRNA。他们证实24-3也能够在PCR（聚合酶链式反应）技术的仅以RNA为模板的版本中呈指数级地扩增短的RNA模板。
来自英国医学研究理事会分子生物学实验室的Philipp Holliger（未参与这项研究）在发给《科学家》杂志的电子邮件中写道，“它真地是非常不错的研究，是实现RNA自我复制目标上的一项重大进展。”
然而，这种24-3聚合酶核酶不能够自我复制。尽管酵母tRNA是高度结构化的，而且也比早前的聚合酶核酶合成的产物大一些，但是这种24-3核酶要比酵母tRNA大3倍，甚至含有更加复杂的结构元件。
Joyce、Horning和同事们在正在进行的体外进化实验中努力克服这个限制。研究人员说，更加严格的筛选策略应当促进这种核酶更加高效地制造更加大的、更加复杂的功能性产物。
原始出处
David P. Horning and Gerald F. Joyce.Amplification of RNA by an RNA polymerase ribozyme.PNAS.2016
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