Uso de ARN para amplificar ARN
WIKIMEDIA, la autorreplicación de LUCASHARRRNA es una parte clave de la hipótesis del mundo del ARN, pero ha resultado difícil generar ribozimas en el laboratorio que puedan sintetizar, replicar y amplificar moléculas de ARN funcionales con estructuras complejas . Hasta ahora, las variantes más exitosas de la ribozima de la ARN polimerasa de clase I han funcionado de manera ineficiente incluso en su plantilla preferida: secuencias de ARN cortas y simples con una alta concentración de pirimidinas.
En un artículo publicado hoy (15 de agosto ) en PNAS, científicos del Instituto de Investigación Scripps en La Jolla, California, informan sobre el uso de la evolución in vitro para generar una ribozima de polimerasa mejorada que puede sintetizar múltiples funciones, ARN estructurados y amplifican plantillas cortas de ARN.
La investigación «ha ampliado las capacidades del ARN a la polimerización del ARN en formas que no se habían logrado antes». dijo Scott Silverman de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, quien no participó en el trabajo. “Definitivamente es un…
Los coautores del estudio Gerald Joyce y David Horning de Scripps comenzaron con una variante de la ribozima de ARN polimerasa de clase I. Introdujeron mutaciones aleatorias a lo largo de su secuencia para generar 100 billones de variantes. Joyce y Horning luego aplicaron presión a esta población, preparando las ribozimas para completar las moléculas aptámeras de ARN que se unen a una forma sintética de vitamina B12 o GTP. En cada ronda, los investigadores seleccionaron ribozimas que producían productos funcionales, productos de la longitud correcta o ambos.
Los investigadores aumentaron el rigor de la selección para generaciones sucesivas al requerir que las ribozimas sintetizaran moléculas de ARN más largas en menos tiempo. tiempo. Para la ronda 24, la población podía sintetizar secuencias de ARN funcionales ricas en purina.
De esta población, Horning y Joyce aislaron una variante de la ribozima llamada 24-3, que tenía 17 mutaciones. La polimerasa 24-3 usó las cuatro bases y funcionó mucho más rápido que la polimerasa inicial. Era capaz de copiar múltiples ARN funcionales con estructuras secundarias complejas, incluidos aptámeros, otras ribozimas y ARN de transferencia de levadura (ARNt). Los investigadores demostraron que 24-3 también podría amplificar plantillas cortas de ARN exponencialmente en una versión de PCR solo de ARN.
Es un trabajo realmente hermoso y un gran paso hacia la realización de la autorreplicación del ARN, Philipp Holliger de el Laboratorio de Biología Molecular MRC en Cambridge, Reino Unido, que no participó en el trabajo, escribió en un correo electrónico a The Scientist.
Lo que Horning y Joyce han hecho aquí es un maravilloso paso adelante, dijo Donald Burke-Agero de la Universidad de Missouri, quien tampoco participó en la investigación. Nos acerca mucho más a tener un sistema de replicación de ARN que pueda sostener la replicación de ARN, pero aún no está ahí.
Sin embargo, la ribozima de la polimerasa 24-3 no puede copiarse a sí misma. Aunque el ARNt de levadura está muy estructurado y es grande en comparación con los productos sintetizados por ribozimas de polimerasa anteriores, la ribozima 24-3 es tres veces más grande que el ARNt de levadura y contiene elementos estructurales aún más complejos.
Joyce, Horning y colegas están trabajando para superar esta limitación con experimentos de evolución in vitro en curso. Los criterios de selección más estrictos deberían incitar a la ribozima a fabricar productos funcionales más grandes y complicados de manera más eficiente, dijeron los investigadores, aunque no está claro cuántas generaciones de tubos de ensayo se necesitarán para lograrlo.
Mientras tanto, Joyce señaló que la aplicación de investigación de biología evolutiva de estudiar la evolución de una ribozima autorreplicante. Si tuviera una enzima de ARN que fuera una replicasa de ARN que pudiera copiar ARN exponencialmente, incluidas copias de sí mismo, entonces diría que está vivo, dijo Joyce. Entonces depende de la evolución. Todo lo que lo hace mejor lo hace mejor.
DP Horning y GF Joyce, Amplification of RNA by an RNA polymerase ribozima, PNAS, doi:10.1073/pnas.1610103113, 2016.
¿Le interesa leer más?
The Scientist ARCHIVES
Conviértase en miembro de
Reciba acceso completo a más de 35 años de archivos, así como a TS Digest, ediciones digitales de The Scientist, artículos destacados, ¡y mucho más!Únase gratis hoy ¿Ya es miembro?Inicie sesión aquí