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RNA和脂质的意外吸引力

 

   

RNA-lipid world

    

图片:rna -脂质世界一瞥。这张照片显示了一个脂质膜。膜中液体较多的部分呈洋红色,凝胶状的部分呈深色斑块。绿色RNA分子集中在膜上的凝胶膜结构域。这种选择性的RNA -脂质相互作用可能激发了生命起源前世界生命的出现。如今,它们可以应用于生物工程领域。比例尺代表10微米。

资料来源:Tomasz Czerniak

脂质和RNA是细胞的两个基本组成部分。核糖核酸(RNA)是一种用途广泛的分子。一方面,像DNA一样,RNA编码遗传信息,这是生命自我复制的必要条件。另一方面,像蛋白质一样,RNA分子进行化学反应。一个能够携带信息并通过化学反应执行指令的分子,对于试图从零开始构建最小生命系统的合成生物学家来说,是一个很有吸引力的特征。然而,找到一种控制RNA活性的简单方法一直是一个关键的挑战。

Tomasz Czerniak和James Sáenz在《PNAS》杂志上发表的一项新研究中发现,脂质可以直接调节一个简单合成系统中RNA的活性。“这为我们如何将RNA -脂质相互作用用于生物工程开辟了一条全新的道路,例如信使rna疗法的传递,”B CUBE分子生物工程中心的研究小组组长、该研究的资深作者James Sáenz博士说。此外,他们的工作还有助于提供有关古代生命起源的线索。关于生命起源的一个流行的假设是,生命本身很可能是从自我复制的RNA分子中出现的,比DNA和蛋白质的进化早了好几年。在这里,调节RNA活动的简单而有效的方法将是古代地球上早期生命组织的关键。

RNA-脂质世界

科学家们测试了不同类型的RNA分子与脂质膜的相互作用。他们发现,一些RNA与脂质的结合比其他的更好,这取决于RNA分子的序列和结构。特别是鸟嘌呤——构成RNA的四种基本成分之一,对RNA粘附在脂质上至关重要。在RNA中添加额外的鸟嘌呤链使其更粘,从而提供了一种控制RNA -脂质相互作用强度的方法。

结果表明,鸟嘌呤不仅直接增强了rna -脂质结合,而且通过促进rna折叠成不同的结构使其更粘。其中一种被称为g -四倍体的结构存在于细胞中,被认为是RNA活性和调控的重要元素。“这增加了RNA -脂质相互作用仍在现代细胞中发生的可能性,可能是早已灭绝的rna -脂质世界的残余,”Sáenz说。

脂质给予RNA自我控制能力

一旦研究人员发现如何设计RNA,使其更好地粘附在脂质上,他们就表明,这种RNA-脂质相互作用可以用来控制催化化学反应的RNA的活性。“这是我所知道的第一次,有人证明了脂类可以影响RNA催化的方式的序列特异性效应,”加州索尔克生物研究所的杰拉尔德·乔伊斯教授说,他没有参与这项研究。

RNA-脂质相互作用的未来

Sáenz解释说:“下一步,我们想要了解如何利用RNA -脂质相互作用来设计合成生命,以及这些相互作用在现代生物体中是否重要,包括人类。”该团队还指出,他们的研究成果可以为设计用于mRNA疫苗配方的脂质纳米颗粒提供新的方法。

原文检索:

Tomasz Czerniak, James Sáenz: Lipid membranes modulate the activity of RNA through sequence-dependent interactions. PNAS(January 2022)
Link: 
https://doi.org/10.1073/pnas.2119235119


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