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来自芝加哥大学的科学家们在《自然》（Nature）杂志上报告称，RNA是控制基因表达的分子机器——剪接体的重要功能元件。这一研究发现确立了是RNA，而非蛋白质，负责催化了这一基础生物学过程，丰富了地球上的生命起源于仅以RNA为基础的世界这一假说。
生物通报道 来自芝加哥大学的科学家们在《自然》（Nature）杂志上报告称，RNA是控制基因表达的分子机器——剪接体的重要功能元件。这一研究发现确立了是RNA，而非蛋白质，负责催化了这一基础生物学过程，丰富了地球上的生命起源于仅以RNA为基础的世界这一假说。
研究的共同通讯作者、芝加哥大学分子遗传学和细胞生物学副教授Jonathan Staley博士说：“真核基因表达的三个重要过程，其中有两个——剪接和翻译现在被证实是由RNA催化。真核基因表达信号通路与其说是一条基于蛋白质的信号通路，不如说是一条基于RNA的信号通路。”
为了实现基因表达，必须将DNA翻译为蛋白质，这些结构和功能分子催化了生命所需的化学反应。为此，储存在DNA中的遗传信息首先会被复制到信使RNA (mRNA)链中，随后这些mRNA被用于制造蛋白质。
在真核生物中，几乎所有的基因都进行选择性剪接，mRNA前体按许多不同的组合进行切割再连接到一起。这显著地增加了单个基因编码的蛋白质数量，被认为是导致高等生物体大量复杂性的原因。剪接是一个至关重要的生物学机制——至少15%的人类疾病是由于剪接错误所致。
剪接体是由蛋白质和短非编码RNA片段构成，其通过催化作用来完成剪接。在生物过程中催化作用通常被认为是以蛋白质为基础的酶所为。然而，以往的研究则提示对之负责的有可能是剪接体中的RNA。尽管经历了数十年的研究，到目前为止这一问题仍未获得答案。
为了解答这一问题，Staley和芝加哥大学生物化学、分子生物学和化学教授Joseph Piccirilli，与论文的共同主要作者、研究生Sebastian Fica及Nicole Tuttle展开了合作。
研究人员首先使得剪接体丧失了自我纠正剪接错误的能力。随后他们改变了剪接过程中已知被切割的mRNA前体位点上的单个原子，以及被猜测对催化作用极其重要的剪接体RNA亚基——U6上的几个原子。其中的一些改变导致了剪接不力。他们仔细检测并系统解救了这一功能丧失，调查了个别及组合位点。由此探究了对于剪接功能至关重要的位点，确定了U6和mRNA前体之间的联系。
研究小组发现，U6 RNA亚基直接控制了催化功能——有效地发挥了剪接体的刀片作用。这是第一个实验证据证明，RNA是这一关键生物机制的重要功能组件。
他们还发现剪接体RNAs与II型内含子（一种进化上古老的自剪接、催化RNA类型，存在于生命的所有主要分支中）在结构和功能上存在显著的相似之处。他们认为这表明了这两种以RNA为基础的剪接催化因子共享了共同的进化起源，提供了进一步的证据表明，包括剪接体和核糖体在内的重要现代RNA-蛋白质复合体都从RNA世界进化而来。
Piccirilli说：“在现代生命中，蛋白质酶催化了大多数的生物反应。这一研究结果发现像剪接体这样的，蛋白质组成多于RNA的系统利用了RNA进行催化作用，其分子祖先完全是由RNA构成，表明剪接体的反应中心有可能是来自‘RNA世界’的一个分子化石。”
（生物通：何嫱）
生物通推荐原文索引：
The study, "RNA catalyses nuclear pre-mRNA splicing," nature. Additional authors include Thaddeus Novak, Nan-Sheng Li, Jun Lu, Prakash Koodathingal and Qing Dai.
In nuclear pre-messenger RNA splicing, introns are excised by the spliceosome, a dynamic machine composed of both proteins and small nuclear RNAs (snRNAs). Over thirty years ago, after the discovery of self-splicing group II intron RNAs, the snRNAs were proposed to catalyse splicing. However, no definitive evidence for a role of either RNA or protein in catalysis by the spliceosome has been reported so far. By using metal rescue strategies in spliceosomes from budding yeast, here we show that the U6 snRNA catalyses both of the two splicing reactions by positioning divalent metals that stabilize the leaving groups during each reaction. Notably, all of the U6 catalytic metal ligands we identified correspond to the ligands observed to position catalytic, divalent metals in crystal structures of a group II intron RNA. These findings indicate that group II introns and the spliceosome share common catalytic mechanisms and probably common evolutionary origins. Our results demonstrate that RNA mediates catalysis within the spliceosome.
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