Новости химической науки > Рибозим катализирует сборку своего "отражения"

Исследователям впервые удалось получить перекрестно-хиральный (cross-chiral) биокатализатор, РНК-катализатор с D-конфигурацией, ускоряющий конденсацию L-рибонуклеотидов в цепи L-РНК. На настоящее время нам не известен ни один энзим (белок-катализатор) или рибозим (РНК-катализатор), катализирующий поликонденсацию субстратов, являющихся оптическими антиподами катализатора.

Рибозимы, подобные полученным, могут оказаться полезными для синтеза новых соединений, таких как, например, резистентные к действию нуклеаз L-конфигурации обычных D-ДНК. Синтез этих рибозимов также является аргументом в пользу гипотезы «мира РНК» – предположения о том, что на раннем этапе возникновения жизни на Земле, как функцию хранения генетической информации, так и катализ химических реакций выполняли ансамбли молекул рибонуклеиновых кислот. Лишь впоследствии из их ассоциаций возникла более сложная современная ДНК-РНК-белковая жизнь, обособленная мембраной от внешней среды.

Рисунок из Nature 2014, DOI: 10.1038/nature13900

В рамках гипотезы мира РНК существует предположение о том, что неизвестный в настофщее время рибозим мог способствовать сборке РНК из рацемической смеси право- и левовращающих строительных блоков РНК – моно- и олигонуклеотидов, образование такой смеси, очевидно, предшествовало появлению самих РНК и мира рибонуклеиновых кислот.

Для попытки получения рибозима, способного к такой сборке РНК исследователи из группы Джеральда Джойса (Gerald F. Joyce) из Исследовательского Института Скриппса решили использовать направленную эволюцию. Полученный исследователями рибозим, как и современные РНК имеет D-конфигурацию, однако, в отличие от них, катализирует темплатную поликонденсацию олигонуклеотидов, отличающихся L-конфигурацией, игнорируя при такой сборке также присутствующие в реакционной смеси D-олигонуклеотиды. Активность D-рибозима достаточна, чтобы катализировать сборку своей полноценной копии за счет темплатной поликонденсации одиннадцати олигонуклеотидов с L-конфигурацией. Полученный в результате L-рибозим затем может использовать D-нуклеотиды и способствовать сборке породившего» его D-рибозима.

Как отмечает Ирен Чен (Irene Chen) из Университета Калифорнии (Санта-Барбара), эксперимент можно считать молекулярной реинкарнацией известной литографии голландского художника Эшера «Рисующие руки», на которой изображены рисующие друг друга правые и левая рука. По словам Чен, было бы любопытно понаблюдать за дальнейшим развитием работы с рибозимами.

Способность рибозима катализировать реакции субстратов, оптическая конфигурация которых противоположна конфигурации самого рибозима обуславливается специфическими взаимодействиями, благодаря которым РНК-катализатор связывается с субстратами и шаблоном, на котором происходит сборка «зеркального отражения» рибозима. Такие взаимодействия напоминают взаимодействия, задействованными в распознавании современных субстратов РНК и шаблонов для их сборки современными биологическими катализаторами – ферментами. Тем не менее в настоящее время взаимодействия нуклеиновая кислота-белок отличаются топологией и геометрией связывания от наблюдавшегося типа взаимодействий рибозим-структурные блоки нуклеиновых кислот, благодаря чему ферменты распознают моно-, олиго- и полинуклеотиды с той же конфигурацией, что и у самих белковых катализаторов.

Специалист по превращениям РНК Дэвид Бартел (David Bartel) из Массачусетского технологического института отмечает, что способность нового рибозима распознавать субстраты по механизму, отличному от комплементарного связывания нуклеиновых кислот, известного большинству еще со школьной скамьи, весьма важна. Она может привести к созданию новых каталитических систем, проявляющих активность такого типа, которая, вероятно, была характерна для этапа перехода от химической эволюции к биологической. Бартелл подчеркивает, что работа исследователей из Института Скриппса находится на начальной стадии – полученный рибозим, хотя и интересен своими каталитическими свойствами, пока еще не может решать столь разнообразные задачи, которые могли протекать в эпоху мира РНК. Тем не менее, Бартелл уверен, что разработанный подход в перспективе позволит получить и рибозимы, более близкие по строению РНК-катализаторам того периода.

Источник: Nature 2014, DOI: 10.1038/nature13900

метки статьи: #биохимия, #кинетика и катализ, #химическая эволюция