日前，來自芝加哥大學(xué)的科學(xué)家們在《自然》（Nature）雜志上報告稱， RNA 是控制基因表達(dá)的分子機器——剪接體的重要功能元件。這一研究發(fā)現(xiàn)確立了是 RNA ，而非蛋白質(zhì)，負(fù)責(zé)催化了這一基礎(chǔ)生物學(xué)過程，豐富了地球上的生命起源于僅以 RNA 為基礎(chǔ)的世界（RNA world hypothesis）這一假說。
RNA世界學(xué)說
RNA世界學(xué)說（英語：RNA world hypothesis）是一個理論，認(rèn)為地球上早期的生命分子以RNA先出現(xiàn)，之后才是DNA。且這些早期的RNA分子同時擁有如同DNA的遺傳訊息儲存功能，以及如蛋白質(zhì)般的催化能力，支持了早期的細(xì)胞或前細(xì)胞生命的運作。
關(guān)于獨立的RNA生命型態(tài)概念，是在1968年由卡爾•沃斯（Carl Woese）所著的《遺傳密碼》（The Genetic Code）一書中所建立。此外亞歷山大•里奇（Alexander Rich）也曾于1963年提出類似想法。“RNA世界”一詞則是由諾貝爾獎得主沃特•吉爾伯特（Walter Gilbert）于1986年提出，是依據(jù)現(xiàn)今RNA具有各種不同型態(tài)的催化性質(zhì)所做的推論。
真正的分子祖先
新研究的共同通訊作者、芝加哥大學(xué)分子遺傳學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)副教授 Jonathan Staley 博士說：“真核基因表達(dá)的三個重要過程，其中有兩個——剪接和翻譯現(xiàn)在被證實是由 RNA 催化。真核基因表達(dá)信號通路與其說是一條基于蛋白質(zhì)的信號通路，不如說是一條基于 RNA 的信號通路。”
為了實現(xiàn)基因表達(dá)，必須將 DNA 翻譯為蛋白質(zhì)，這些結(jié)構(gòu)和功能分子催化了生命所需的化學(xué)反應(yīng)。為此，儲存在 DNA 中的遺傳信息首先會被復(fù)制到信使 RNA （mRNA）鏈中，隨后這些 mRNA 被用于制造蛋白質(zhì)。
在真核生物中，幾乎所有的基因都進(jìn)行選擇性剪接， mRNA 前體按許多不同的組合進(jìn)行切割再連接到一起。這顯著地增加了單個基因編碼的蛋白質(zhì)數(shù)量，被認(rèn)為是導(dǎo)致高等生物體大量復(fù)雜性的原因。剪接是一個至關(guān)重要的生物學(xué)機制——至少15%的人類疾病是由于剪接錯誤所致。
剪接體是由蛋白質(zhì)和短非編碼 RNA 片段構(gòu)成，其通過催化作用來完成剪接。在生物過程中催化作用通常被認(rèn)為是以蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)的酶所為。然而，以往的研究則提示對之負(fù)責(zé)的有可能是剪接體中的 RNA 。盡管經(jīng)歷了數(shù)十年的研究，到目前為止這一問題仍未獲得答案。
為了解答這一問題，Staley 和芝加哥大學(xué)生物化學(xué)、分子生物學(xué)和化學(xué)教授 Joseph Piccirilli，與論文的共同主要作者、研究生 Sebastian Fica 及 Nicole Tuttle 展開了合作。
研究人員首先使得剪接體喪失了自我糾正剪接錯誤的能力。隨后他們改變了剪接過程中已知被切割的 mRNA 前體位點上的單個原子，以及被猜測對催化作用極其重要的剪接體 RNA 亞基——U6 上的幾個原子。其中的一些改變導(dǎo)致了剪接不力。他們仔細(xì)檢測并系統(tǒng)解救了這一功能喪失，調(diào)查了個別及組合位點。由此探究了對于剪接功能至關(guān)重要的位點，確定了U6和 mRNA 前體之間的聯(lián)系。
研究小組發(fā)現(xiàn)，U6 RNA 亞基直接控制了催化功能——有效地發(fā)揮了剪接體的刀片作用。這是第一個實驗證據(jù)證明， RNA 是這一關(guān)鍵生物機制的重要功能組件。
他們還發(fā)現(xiàn)剪接體 RNAs 與II型內(nèi)含子（一種進(jìn)化上古老的自剪接、催化 RNA 類型，存在于生命的所有主要分支中）在結(jié)構(gòu)和功能上存在顯著的相似之處。他們認(rèn)為這表明了這兩種以 RNA 為基礎(chǔ)的剪接催化因子共享了共同的進(jìn)化起源，提供了進(jìn)一步的證據(jù)表明，包括剪接體和核糖體在內(nèi)的重要現(xiàn)代 RNA -蛋白質(zhì)復(fù)合體都從 RNA 世界進(jìn)化而來。
Piccirilli 說：“在現(xiàn)代生命中，蛋白質(zhì)酶催化了大多數(shù)的生物反應(yīng)。這一研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)像剪接體這樣的，蛋白質(zhì)組成多于 RNA 的系統(tǒng)利用了 RNA 進(jìn)行催化作用，其分子祖先完全是由 RNA 構(gòu)成，表明剪接體的反應(yīng)中心有可能是來自‘ RNA 世界’的一個分子化石。”
