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小核仁 RNA 和大亚基 RNA 是通过 tRNA 亚基的积累而进化的。

Evolution of small and large ribosomal RNAs from accretion of tRNA subelements.

机构信息

Laboratory AGEIS EA 7407, Team Tools for e-Gnosis Medical & Labcom CNRS/UGA/OrangeLabs Telecom4Health, Faculty of Medicine, Université Grenoble Alpes, F-38700, La Tronche, France.

Laboratory AGEIS EA 7407, Team Tools for e-Gnosis Medical & Labcom CNRS/UGA/OrangeLabs Telecom4Health, Faculty of Medicine, Université Grenoble Alpes, F-38700, La Tronche, France; The National Natural History Collections, The Hebrew University of Jerusalem, 91404, Jerusalem, Israel.

出版信息

Biosystems. 2022 Dec;222:104796. doi: 10.1016/j.biosystems.2022.104796. Epub 2022 Oct 25.

DOI:10.1016/j.biosystems.2022.104796
PMID:36306879
Abstract

tRNAs presumably accreted into modern ribosomal RNAs. Previous analyses showed similar secondary structures for ancient rRNA subelements and theoretical minimal RNA rings, candidate tRNA ancestors rationally designed from tRNA-unrelated principles. Here, analyses test which tRNA secondary structure subelements resemble ancient/recent rRNA subelements. Results show that ribosomal RNA subelements evolved from structures resembling 1. Upper half part of the tRNA secondary structure; and 2. Towards structures resembling (a) tRNA 5' stem-loop hairpins in large rRNA subunit and (b) tRNA lower half part in small rRNA subunit (stop and start codons conservation model). tRNAs and rRNAs presumably originated from the tRNA upper half part including the acceptor stem. Modern split 5' and 3' tRNA genes (spliced at anticodons) apparently reproduce ancestral-like states, because the acceptor stem protocode suggests acceptor stems evolved from spliced anticodon-like stem-loop hairpins, strengthening central roles for acceptor stem CCA-addition at translation origins. The Root-Bernstein hypothesis on the existence of tRNA structural symmetries presumably reflects late 5' tRNA stem-loop hairpin duplications, some integrating rRNAs. Analyses of tRNA subelements similarities with rRNA subelements suggest tRNAs evolved and re-evolved by different duplication-fusions, along different structural subdivision models. Hence, sequential/parallel processes, perhaps in the same ancestral organism(s) produced polyphyletic tRNAs. Results confirm RNA ring usefulness for understanding prebiotic and early life evolution, and their similarities with primordial protein coding and tRNA genes.

摘要

tRNAs 可能是在现代核糖体 RNA 中积累的。以前的分析表明,古老 rRNA 亚基和理论最小 RNA 环具有相似的二级结构,这些 RNA 环是根据与 tRNA 无关的原理合理设计的 tRNA 祖先。在这里,分析测试哪些 tRNA 二级结构亚基类似于古老/现代 rRNA 亚基。结果表明,核糖体 RNA 亚基是从类似于 1. tRNA 二级结构的上半部分和 2. 类似于(a)大 rRNA 亚基中的 tRNA5'茎环发夹和(b)小 rRNA 亚基中的 tRNA 下半部分的结构进化而来的(终止和起始密码子保守模型)。tRNA 和 rRNA 可能起源于包括受体茎的 tRNA 上半部分。现代分裂的 5'和 3' tRNA 基因(在反密码子处拼接)显然再现了类似祖先的状态,因为受体茎原码表明受体茎是从拼接的类似反密码子的茎环发夹进化而来的,这加强了在翻译起点处添加受体茎 CCA 的中心作用。关于 tRNA 结构对称性存在的 Root-Bernstein 假说,可能反映了 5'端 tRNA 茎环发夹的后期重复,其中一些整合了 rRNA。tRNA 亚基与 rRNA 亚基相似性的分析表明,tRNA 通过不同的复制融合进化并重新进化,沿着不同的结构细分模型。因此,序列/并行过程,可能在同一祖生物体中产生了多系 tRNA。结果证实了 RNA 环对于理解前生物和早期生命进化的有用性,以及它们与原始蛋白质编码和 tRNA 基因的相似性。

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