Wetenschappers hebben een nieuw model voorgesteld dat beschrijft hoe oude RNA-moleculen mogelijk het vermogen hebben verworven om zichzelf te snijden. Dit zelfsnijdende vermogen, of zelfsplitsing, wordt als cruciaal beschouwd voor de evolutie van op RNA gebaseerd leven vóór de opkomst van eiwitten en DNA. Het model, gepresenteerd in het tijdschrift Nature Chemistry, werpt licht op de chemische processen die hadden kunnen leiden tot de oorsprong en diversiteit van ribozymen, RNA-moleculen die als katalysator kunnen werken.

Ribozymen zijn essentiële componenten van de RNA-wereldhypothese, die suggereert dat RNA in het vroege leven aan eiwitten voorafging als de belangrijkste informatiedragende en katalytische moleculen. Deze RNA-moleculen zouden het vermogen nodig hebben gehad om zichzelf op precieze locaties te splitsen om hun eigen replicatie, verwerking en functie te reguleren.

Het nieuwe model, ontwikkeld door onderzoekers van het Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) in Japan, stelt voor dat zelfsplitsing zou kunnen zijn voortgekomen uit de interactie tussen RNA-moleculen en eenvoudige chemische soorten, zoals metaalionen en kleine organische moleculen. , in een prebiotische omgeving.

"Wij stellen voor dat de zelfsplitsing van RNA afkomstig zou kunnen zijn van niet-enzymatische reacties, aangedreven door de chemische reactiviteit van RNA zelf, gekoppeld aan de hulp van metaalionen en andere kleine moleculen die overvloedig aanwezig waren in de prebiotische aarde", aldus de corresponderende auteur Dr. Ryuichi Masui, een teamleider bij de Precursory Chemistry Unit van OIST.

Het model suggereert dat bepaalde RNA-sequenties, haarspeldribozymen genoemd, zichzelf hadden kunnen splitsen via een specifieke chemische reactie die een transesterificatiereactie wordt genoemd. Deze reactie omvat de overdracht van een fosfaatgroep van het ene RNA-molecuul naar het andere, resulterend in de splitsing van de RNA-skelet.

De onderzoekers testten hun model met behulp van synthetische RNA-moleculen en ontdekten dat de aanwezigheid van metaalionen, zoals magnesium of calcium, de snelheid van zelfsplitsing in haarspeldribozymen aanzienlijk verhoogde. Ze identificeerden ook een klein organisch molecuul, imidazool, dat de zelfsplitsingsreactie verder versnelde.

Volgens het model hadden deze prebiotische chemische soorten kunnen fungeren als katalysatoren, waardoor de zelfsplitsing van RNA-moleculen werd bevorderd en de evolutie van complexere en diversere ribozymen werd vergemakkelijkt.

De bevindingen bieden nieuwe inzichten in de oorsprong van katalytische RNA-moleculen en bieden ondersteuning voor de RNA-wereldhypothese. De studie benadrukt de potentiële rol van niet-enzymatische reacties, metaalionen en kleine organische moleculen bij de opkomst van zelfreplicerende en functionele RNA-systemen in de vroege stadia van de evolutie van het leven.

"Ons model suggereert dat de zelfsplitsing van RNA het gevolg zou kunnen zijn van eenvoudige chemische processen, wat de weg vrijmaakte voor de opkomst van complexere RNA-moleculen en uiteindelijk zou kunnen leiden tot het ontstaan ​​van leven", concludeerde Dr. Masui.