Eine neue Perspektive darauf, wie sich frühe Protein-RNA-Wechselwirkungen entwickelt haben

Protein-RNA-Komplexe sind im modernen Leben allgegenwärtig und für viele Stadien des Zellzyklus und Stoffwechsels essentiell. Neue Forschung bietet experimentelle Unterstützung, um eine neue Perspektive darauf zu bieten, wie sich frühe Protein-RNA-Wechselwirkungen entwickelt haben.

Protein-RNA-Komplexe sind im modernen Leben allgegenwärtig und für viele Stadien des Zellzyklus und Stoffwechsels essentiell. Neue Forschung bietet experimentelle Unterstützung, um eine neue Perspektive darauf zu bieten, wie sich frühe Protein-RNA-Wechselwirkungen entwickelt haben. Das Papier wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Molekularbiologie und Evolution vom Team um Klára Hlouchová vom Lehrstuhl für Zellbiologie.

RNA-Peptid/Protein-Wechselwirkungen waren für das Leben seit seinen frühesten Formen von größter Bedeutung und reichen bis vor den letzten universellen gemeinsamen Vorfahren (LUCA) zurück. Die alten molekularen Mechanismen hinter dieser wichtigen biologischen Wechselwirkung bleiben jedoch rätselhaft, da die vorhandenen RNA-Protein-Wechselwirkungen stark auf positiv geladenen und aromatischen Aminosäuren beruhen, die in der frühen Evolutionsperiode vor LUCA nicht vorhanden oder stark unterrepräsentiert waren.

Jetzt stellt ein multidisziplinäres Forscherteam eine Studie vor, in der eine RNA-bindende Variante der ribosomalen uL11-C-terminalen Domäne aus einer ~1010-Bibliothek teilweise randomisierter Sequenzen ausgewählt wurde, die alle aus 10 präbiotisch plausiblen kanonischen Aminosäuren bestehen. Die ausgewählte Variante bindet mit einer ähnlichen Gesamtaffinität an die zugehörige RNA, obwohl sie in der ungebundenen Form weniger strukturiert ist als die Wildtyp-Proteindomäne. Die Assoziation und Dissoziation des Variantenkomplexes sind beide langsamer als beim Wildtyp, was unterschiedliche beteiligte mechanistische Prozesse impliziert. Das Profil der Wildtyp- und Mutantenkomplexstabilitäten zusammen mit MD-Simulationen deckt qualitative Unterschiede in den Interaktionsmodi auf. In Abwesenheit von positiv geladenen und aromatischen Resten nutzt die mutierte uL11-Domäne Ionenbrücken-Wechselwirkungen zwischen dem RNA-Zucker-Phosphat-Rückgrat und Glutaminsäureresten als alternative Stabilisierungsquelle.

Die Studie legt die Möglichkeit nahe, dass positiv geladene Aminosäuren später zum Protein-Alphabet hinzugefügt wurden, um transiente RNA-Protein-Wechselwirkungen fein abzustimmen, aber auch nicht explizit notwendig waren. „Unsere Forschung bietet experimentelle Unterstützung, um eine neue Perspektive darauf zu bieten, wie sich frühe Protein-RNA-Wechselwirkungen entwickelt haben, bei denen das Fehlen aromatischer/basischer Reste möglicherweise durch saure Reste plus Metallionen kompensiert wurde“, schloss eine der Forscherinnen, Klára Hlouchová von der Fakultät für Naturwissenschaften an der Karlsuniversität in Prag.