Одно крошечное химическое различие между РНК и ДНК может помочь объяснить, как зародилась жизнь
Новое исследование Университета в Буффало показывает, что РНК благодаря одной кислородсодержащей группе легче образует жидкие конденсаты, которые концентрируют молекулы и могут затвердевать в защитные гелеобразные структуры
Короткое резюме
Ученые, возможно, нашли ключ к одной из главных загадок происхождения жизни: как хрупкие молекулы РНК могли собираться и выживать до появления клеток. Новое исследование показывает, что РНК необычно хорошо собирается в крошечные жидкообразные капли-конденсаты, которые концентрируют молекулы и могут затвердевать в защитные гелеобразные структуры. По мнению исследователей, это поведение во многом объясняется одной кислородсодержащей химической группой, которая есть у РНК, но отсутствует у ДНК. Работа выполнена под руководством Университета в Буффало и опубликована в Nature Communications.
Контекст связан с классической проблемой «курицы и яйца»: как РНК могла помочь создать первые клетки, если клеток, удерживающих РНК, еще не существовало. Без клеточных компартментов хрупкие молекулы РНК должны были часто встречаться и взаимодействовать, выживая в горячей, кислой и химически сложной среде. Конденсаты не имеют мембран, но концентрируют РНК и дают защиту. В новом исследовании сравнили РНК с одноцепочечной ДНК почти с теми же последовательностями: РНК начинала образовывать капли примерно на 10 °C ниже, чаще формировала связанные сети и переходила из жидкого состояния в гелеобразное. Причина — одно атомное различие: 2′-гидроксильная группа (2′-OH) в каждом сахаре РНК, которой нет у ДНК; она усиливает взаимодействие с ионами магния и уменьшает удержание воды вокруг остова, облегчая сближение молекул. Химическая замена этой группы на 2′-Ome снижала склонность РНК к конденсации.
Результаты помогают объяснить, как самоорганизующиеся РНК-структуры могли концентрироваться и защищаться до появления современных клеток. Лаборатория Банерджи теперь пытается программировать РНК-капли так, чтобы они выполняли базовые клеточные активности, включая биохимические реакции, и действовали как активные, динамические компартменты размером с клетку. В случае успеха это может заложить основу для создания синтетических клеток целиком из РНК и дать новое понимание того, как простые молекулы начали организовываться в более сложные системы задолго до появления современных клеток. По словам исследователей, такие самоорганизующиеся РНК-компартменты могли быть одним из шагов на пути к одноклеточным организмам.
РНК конденсируется легче ДНК
В лабораторных экспериментах РНК начинала формировать капли примерно на 10 °C ниже, чем одноцепочечная ДНК с почти идентичными последовательностями
Причина — группа 2′-OH
РНК и ДНК различаются лишь одним кислородсодержащим атомом на сахар; 2′-гидроксильная группа усиливает взаимодействие РНК с ионами магния и снижает количество воды вокруг остова
Конденсаты могут защищать и упорядочивать РНК
РНК чаще образует связанные сети, а капли переходят из жидкости в гелеобразное состояние, что потенциально помогало выживать в суровых пребиотических условиях
Открытие важно для теории РНК-мира и синтетических клеток
Оно помогает объяснить концентрацию РНК до появления мембран; ученые работают над РНК-каплями, способными выполнять клеточные функции и стать основой синтетических клеток из РНК
Текст сгенерирован с использованием ИИ
