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南京大学于涵洋课题组在非天然核酸酶方面取得新进展

本文转载自南京大学现代工程与应用科学学院“天下为工”公众号


核酸是生命体的基本组成成分,包括DNA和RNA。其中细胞内的RNA既可以存储和传递遗传信息,又能够催化生物化学反应。RNA具有丰富的生物功能多样性,促使研究生命起源的科学家提出了“RNA世界假说”,认为在地球生命演化的早期,存在仅依赖于RNA的生命形式。


但是RNA是不是唯一可能的遗传物质呢?为了探索这个问题,Eschenmoser等合成了一系列RNA类似物并研究了其基本的物理和化学性质。在这项研究中,他们发现了苏糖核酸(threose nucleic acid,TNA)能够与互补的RNA、DNA或TNA链遵循碱基配对原则形成反向平行的双螺旋结构。而且,考虑到TNA由更简单的苏糖组成,所以TNA被视作演化过程中一种可能的前RNA遗传物质。作为前RNA遗传物质,需要TNA具备形成功能性高级结构的能力。已有工作证明了TNA可以折叠成具有配体结合能力的高级结构,那么TNA是否具有催化活性呢?


近日,南京大学现代工学院于涵洋教授(点击查看介绍)课题组通过体外筛选的方法,鉴定了具有RNA连接酶活性的TNA分子T8-6。该TNA酶结合两个RNA底物分子,催化左侧底物的2’羟基和右侧底物的5’三磷酸之间发生反应,形成一个新的磷酸酯键(图1)。T8-6在pH 9.0和40 mM 镁离子反应条件下,表观反应速率常数为0.01 min-1。T8-6的催化活性依赖于镁离子,在其他二价金属离子如锰离子或锌离子存在时,也有一定的催化活性。

图1. TNA酶催化RNA连接反应


通过对不同序列RNA底物的测试,发现T8-6要求连接位点附近碱基为UA|GA,而对底物分子上其他位置的序列变化具有较好的兼容性。最后,T8-6可用于制备和研究含2’-5’磷酸酯键的功能核酸。例如在锤头核酶和Broccoli核酸适体的特定位点引入2’-5’连接,其功能受到了不同程度的影响,这展示了T8-6用作分子工具的潜力。

图2. TNA酶用于制备含2’-5’连接的锤头核酶


总结而言,这一研究通过体外筛选获得了第一个具有RNA连接酶活性的TNA分子,为TNA作为前RNA遗传物质提供了实验证据。另一方面,该TNA能够用于制备含2’-5’连接的RNA,为核酸化学研究提供了新的分子工具。


这一成果近期发表在《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)上,王瑶是该文章的第一作者,于涵洋教授是文章的通讯作者,王月瑶、宋东帆、孙昕、张泽、李欣彤博士和李喆教授对该工作亦有贡献。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

A Threose Nucleic Acid Enzyme with RNA Ligase Activity

Yao Wang, Yueyao Wang, Dongfan Song, Xin Sun, Ze Zhang, Xintong Li, Zhe Li, and Hanyang Yu*

J. Am. Chem. Soc., 2021143, 8154–8163, DOI: 10.1021/jacs.1c02895


导师介绍

于涵洋

https://www.x-mol.com/university/faculty/22066 


南京大学现代工学院于涵洋教授课题组诚邀博士后加盟,请扫描二维码阅读详情

https://www.x-mol.com/news/679488 

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