Model antyder, hvordan gammelt RNA kan have opnået selvskærende evne, der er afgørende for livet

Forskere har foreslået en ny model, der beskriver, hvordan gamle RNA-molekyler kan have erhvervet evnen til at skære sig selv. Denne selvskærende evne, eller selvspaltning, anses for at være afgørende for udviklingen af ​​RNA-baseret liv før fremkomsten af ​​proteiner og DNA. Modellen, præsenteret i tidsskriftet Nature Chemistry, kaster lys over de kemiske processer, der kunne have ført til oprindelsen og mangfoldigheden af ​​ribozymer, RNA-molekyler, der kan fungere som katalysatorer.

Ribozymer er essentielle komponenter i RNA-verdenhypotesen, som antyder, at RNA gik forud for proteiner som de primære informationsbærende og katalytiske molekyler i det tidlige liv. Disse RNA-molekyler ville have haft brug for evnen til selv at spalte på præcise steder for at regulere deres egen replikation, forarbejdning og funktion.

Den nye model, udviklet af forskere fra Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) i Japan, foreslår, at selvspaltning kunne være opstået fra interaktionen mellem RNA-molekyler og simple kemiske arter, såsom metalioner og små organiske molekyler , i et præbiotisk miljø.

"Vi foreslår, at RNA-selvspaltning kunne stamme fra ikke-enzymatiske reaktioner, drevet af den kemiske reaktivitet af RNA selv, kombineret med hjælp fra metalioner og andre små molekyler, der var rigelige i den præbiotiske Jord," forklarede den tilsvarende forfatter Dr. Ryuichi Masui, en teamleder ved OIST's Precursory Chemistry Unit.

Modellen antyder, at visse RNA-sekvenser, kaldet hårnåle-ribozymer, kunne være selvspaltet gennem en specifik kemisk reaktion kaldet en transesterificeringsreaktion. Denne reaktion involverer overførsel af en fosfatgruppe fra et RNA-molekyle til et andet, hvilket resulterer i spaltning af RNA-rygraden.

Forskerne testede deres model ved hjælp af syntetiske RNA-molekyler og fandt ud af, at tilstedeværelsen af ​​metalioner, såsom magnesium eller calcium, signifikant øgede hastigheden af ​​selvspaltning i hårnåle-ribozymer. De identificerede også et lille organisk molekyle, imidazol, som yderligere accelererede selvspaltningsreaktionen.

Ifølge modellen kunne disse præbiotiske kemiske arter have fungeret som katalysatorer, fremme selvspaltning af RNA-molekyler og lette udviklingen af ​​mere komplekse og forskelligartede ribozymer.

Resultaterne giver ny indsigt i oprindelsen af ​​katalytiske RNA-molekyler og giver støtte til RNA-verdenshypotesen. Undersøgelsen fremhæver den potentielle rolle af ikke-enzymatiske reaktioner, metalioner og små organiske molekyler i fremkomsten af ​​selvreplikerende og funktionelle RNA-systemer i de tidlige stadier af livets evolution.

"Vores model antyder, at selvspaltning af RNA kunne være opstået fra simple kemiske processer, der satte scenen for fremkomsten af ​​mere komplekse RNA-molekyler og i sidste ende føre til livets oprindelse," konkluderede Dr. Masui.