Het proces van “vertaling” in eiwitsynthese omvat de vorming van een peptidebinding tussen twee aminozuren die zijn gehecht aan twee verschillende transfer-RNA’s (tRNA’s). Lange tijd hebben wetenschappers zich afgevraagd hoe deze tRNA’s evolutionair zo dicht bij elkaar op het ribosoom liggen. In een nieuwe studie leggen onderzoekers uit hoe tRNA-achtige componenten fungeren als steigers voor de vorming van peptidebindingen tussen aminozuurgebonden “RNA-minihelices”, die half tRNA-achtige moleculen zijn.
De genetische informatie die in het DNA is opgeslagen, wordt “gedecodeerd” om eiwitten te vormen via het translatieproces. Dit omvat de vorming van peptidebindingen tussen aminozuren die gebonden zijn om RNA (tRNA)-moleculen over te dragen die over het ribosoom in zeer dichte nabijheid van elkaar glijden, en de peptideketen verlengen, die later conformationele verandering ondergaat, waardoor een eiwit wordt gevormd. In tegenstelling tot de codonafhankelijke aminoacyl-tRNA-herkenning in de kleine ribosomale subeenheid, vindt de betreffende peptidebindingsvorming plaats in het peptidyltransferasecentrum (PTC) van de grote ribosomale subeenheid, op een niet-aminozuurspecifieke manier. Deze niet-specificiteit geeft aan dat de grote subeenheid evolueerde vóór de kleine subeenheid, die meer specifieke interacties heeft met mRNA en tRNA.
Hoewel het evolutionaire proces van PTC-vorming grondig is gedocumenteerd, is er weinig bekend over hoe ribosomen zich ontwikkelden tot functionerende entiteiten en een essentieel onderdeel werden van de eiwitsynthese. Wetenschappers zijn al lang verbijsterd door het feit dat tRNA’s de hulp van een “scaffold” nodig hebben om een peptidebinding te creëren, die hen oriënteert voor interactie via 3′-CCA-sequenties op hun acceptorarmen. Wat dat steiger is en hoe het werkt, zou intrigerend zijn om over te leren.
Een team van wetenschappers van de Tokyo University of Science, geleid door prof. Koji Tamura, besloot dit mysterie op te lossen vanuit een perspectief van continuïteit in biologische evolutie. Hun studie, die op 12 april 2022 online werd gepubliceerd in Volume 12, Issue 4 van het tijdschrift Life, werpt licht op het evolutionaire aspect van eiwitvertaling. Hun resultaten vertegenwoordigen belangrijk bewijs om de hypothese over de oorsprong en evolutie van de PTC aan te tonen, die de manier heeft veranderd waarop we naar de moderne ribosomen en tRNA kijken.
Het idee kwam tot leven na een nauwkeurige blik op de kristalstructuur van het 70S ribosoom-tRNA-complex van Thermus thermophilus, een bacterie die vaak wordt gebruikt bij de studie van genetica. De peptidyl (P-) en aminoacyl (A-) plaatsen van de tRNA’s zijn hier uitgelijnd om de CCA-uiteinden dicht bij elkaar te brengen, zoals de wijsvingers van een rugbyspeler in de “Goromaru-pose”. “Er was een bepaalde entiteit die als steiger diende om deze nabijheid te behouden, en het kwam hoogstwaarschijnlijk voort uit de oorspronkelijke PTC”, zegt prof. Tamura. Omdat een evolutionair aspect waarschijnlijk was, koos het team ervoor om primordiaal tRNA of “RNA minihelix” te gebruiken voor hun onderzoek.
Ze probeerden eerst een peptidebinding te vormen tussen twee alanine-specifieke minihelices in aanwezigheid van een ribosomaal RNA-segment. De peptidebinding werd gevormd met behulp van het ribosomale segment, P1c2, als een RNA-scaffold dat slechts 70 nucleotiden lang was! Vervolgens voegden ze een terminaal aminozuursegment (met de sequentie UGGU) toe aan de P1c2 (P1c2UGGU). Volgens de resultaten van massaspectrometrie verhoogde dit het vermogen tot vorming van peptidebindingen met 4,2 keer dat van het origineel! De vorming van peptidebindingen tussen twee alanineresiduen werd ondersteund door een scaffold van gedimeriseerd P1c2UGGU. De UGGU-sequentie van de scaffold interageerde met de overeenkomstige 3′-terminale ACCA van de minihelix en bracht de twee aminozuren dichtbij genoeg om een peptidebinding te creëren. Nobelprijswinnaar Dr. Ada Yonath en haar groep hebben onlangs aangetoond dat vergelijkbare, geconserveerde PTC-regio’s de vorming van peptidebindingen kunnen katalyseren met kunstmatige analoge moleculen, maar de groep van prof. Tamura toonde aan dat een geaminoacyleerd RNA ook een substraat kan zijn.
De bevindingen impliceren zeker een mogelijkheid dat minihelices binden aan de oorspronkelijke PTC. Dus, wat suggereren de resultaten over de evolutie van ribosomen? “Functionele interacties tussen de CCA van tRNA en PTC zouden tijdens het evolutieproces ‘herzien’ kunnen zijn. Hoewel de huidige ribosomen geen aaneengesloten sequentie hebben zoals UGGU, zijn hun interacties ‘conceptueel’ vergelijkbaar met de effecten die in onze studie werden gezien. is aannemelijk dat minihelices uiteindelijk evolueerden naar tRNA met behulp van bijvoorbeeld kissing-loop-interacties tussen twee minihelix-achtige RNA-moleculen”, legt prof. Tamura uit. “Deze minihelix-achtige moleculen, die deel uitmaken van de steiger voor de vorming van peptidebindingen, hebben mogelijk niet alleen bijgedragen aan de evolutie van wat momenteel de PTC is, maar hebben ook tRNA-moleculen gevormd”, voegt hij eraan toe.
De toekomstige toepassingen van dit onderzoek — dat opwindende wegen heeft geopend in de evolutionaire RNA-biologie — zijn talrijk. Geconfronteerd met een metabolische paradox (dat de componenten van DNA en RNA worden gegenereerd uit aminozuren), is het denkbaar om het begrip “peptide-nucleïnezuren” als voorlopers van genetisch materiaal te onderzoeken. De resultaten zijn fascinerend en zullen wetenschappers helpen om moleculaire fenomenen te ontcijferen die hen jarenlang zijn ontgaan.
Verhaalbron:
Materialen geleverd door Tokyo University of Science. Opmerking: inhoud kan worden bewerkt voor stijl en lengte.
lees het gehele artikel bij de bron
————————————————– ———————————–
samenvatting:
Het proces van ‘vertaling’ in eiwitsynthese omvat de vorming van een peptidebinding tussen twee aminozuren die zijn gehecht aan twee verschillende transfer-RNA’s (tRNA’s). Lange tijd hebben wetenschappers zich afgevraagd hoe deze tRNA’s evolutionair zo dicht bij elkaar op het ribosoom liggen. In een nieuwe studie leggen onderzoekers uit hoe tRNA-achtige componenten fungeren als steigers voor de vorming van peptidebindingen tussen aminozuurgebonden ‘RNA-minihelices’, die half tRNA-achtige moleculen zijn.
Datum van publicatie: 22 april 2022
Bron: Klimaat | Top milieunieuws — ScienceDaily
————————————————– ———————————–