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结构导向的嵌合RNA氨酰化与组装

Structure-guided aminoacylation and assembly of chimeric RNAs.

作者信息

Radakovic Aleksandar, Lewicka Anna, Todisco Marco, Aitken Harry R M, Weiss Zoe, Kim Shannon, Bannan Abdullah, Piccirilli Joseph A, Szostak Jack W

出版信息

bioRxiv. 2024 Mar 3:2024.03.02.583109. doi: 10.1101/2024.03.02.583109.

DOI:10.1101/2024.03.02.583109
PMID:38464152
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10925264/
Abstract

Coded ribosomal peptide synthesis could not have evolved unless its sequence and amino acid specific aminoacylated tRNA substrates already existed. We therefore wondered whether aminoacylated RNAs might have served some primordial function prior to their role in protein synthesis. Here we show that specific RNA sequences can be nonenzymatically aminoacylated and ligated to produce amino acid-bridged stem-loop RNAs. We used deep sequencing to identify RNAs that undergo highly efficient glycine aminoacylation followed by loop-closing ligation. The crystal structure of one such glycine-bridged RNA hairpin reveals a compact internally stabilized structure with the same eponymous T-loop architecture found in modern tRNA. We demonstrate that the T-loop assisted amino acid bridging of RNA oligonucleotides enables the rapid template-free assembly of a chimeric version of an aminoacyl-RNA synthetase ribozyme. We suggest that the primordial assembly of such chimeric ribozymes would have allowed the greater functionality of amino acids to contribute to enhanced ribozyme catalysis, providing a driving force for the evolution of sequence and amino acid specific aminoacyl-RNA synthetase enzymes prior to their role in protein synthesis.

摘要

编码核糖体肽合成不可能进化出来,除非其序列和氨基酸特异性氨酰化tRNA底物已经存在。因此,我们想知道氨酰化RNA在其参与蛋白质合成的作用之前是否可能发挥了一些原始功能。在这里,我们表明特定的RNA序列可以被非酶促氨酰化并连接,以产生氨基酸桥接的茎环RNA。我们使用深度测序来鉴定经历高效甘氨酸氨酰化然后闭环连接的RNA。一种这样的甘氨酸桥接RNA发夹的晶体结构揭示了一种紧凑的内部稳定结构,具有在现代tRNA中发现的同名T环结构。我们证明,T环辅助的RNA寡核苷酸氨基酸桥接能够实现氨酰-RNA合成酶核酶嵌合版本的无模板快速组装。我们认为,这种嵌合核酶的原始组装将使氨基酸具有更大功能,从而有助于增强核酶催化作用,为序列和氨基酸特异性氨酰-RNA合成酶在其参与蛋白质合成作用之前的进化提供驱动力。

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