Film-Editoren und Archäologen, Biochemiker Stück zusammen Genom-Geschichte: Forscher entdecken neue Belege für den Ursprung von RNA-Spleißen innerhalb der menschlichen Gene

Old-school-Hollywood-Editoren Ausschneiden unerwünschter frames aus film und gepatcht im gewünschten Rahmen, um einen Film zu machen. Der menschliche Körper hat etwas ähnliches-Billionen mal pro Sekunde-durch eine biochemische Bearbeitung Prozess, der als RNA-Spleißen. Anstatt schneiden film, es bearbeitet die messenger-RNA, die den bauplan für die Herstellung vieler Proteine in den Zellen.

In Ihrer Erforschung der evolutionären Ursprünge und die Geschichte der RNA-Spleißen und das menschliche Genom, UC San Diego, Biochemiker Navtej Toor und Daniel Haack kombinierte zwei-dimensionale (2D) – Bilder der einzelnen Moleküle zu rekonstruieren eines dreidimensionalen (3D -) Bild von einem Teil der RNA — was die Wissenschaftler nennen-Gruppe-II-introns. Dabei entdeckt Sie eine groß angelegte molekulare Bewegung im Zusammenhang mit RNA-Katalyse, liefert den Nachweis für die Herkunft der RNA-Spleißen und seine Rolle in der Vielfalt des Lebens auf der Erde. Ihre bahnbrechende Forschung ist beschrieben in der aktuellen Ausgabe von Cell.

„Wir versuchen zu verstehen, wie das menschliche Genom entwickelt hat, ausgehend von primitiven Vorfahren. Jedes menschliche gen hat unerwünschte frames, das sind nicht kodierende und müssen entfernt werden, bevor der gen-expression. Dies ist der Prozess des RNA-splicing“, erklärte Toor, ein außerordentlicher professor in der Abteilung von Chemie und von Biochemie, fügte hinzu, dass 15 Prozent der menschlichen Krankheiten sind die Folge von Mängeln in diesem Prozess.

Toor erklärte, dass sein team arbeiten zu verstehen, die evolutionären Ursprünge von 70 Prozent der menschlichen DNA — ein Teil aus zwei Arten von genetischen Elementen, die beide den Gedanken zu haben sich von Gruppe II introns. Speziell, spliceosomal introns, die ungefähr 25 Prozent des menschlichen Genoms sind nicht-kodierende Sequenzen, die entfernt werden müssen, bevor der gen-expression. Die anderen 45 Prozent werden aus Sequenzen abgeleitet von dem, was genannt werden retroelements. Diese sind genetische Elemente, fügen sich in die DNA und hop um das Genom zu replizieren, die sich über ein RNA-Zwischenprodukt.

„Bei der Untersuchung der Gruppe-II-introns gibt uns Einblick in die evolution einen großen Teil des menschlichen Genoms“, bemerkte Toor.

Die Arbeit mit der Gruppe-II-intron-RNA nanomachine, Toor und Haack, postdoctoral scholar an der UC San Diego und der erste Autor des Papiers, waren in der Lage zu isolieren, die Gruppe-II-intron-komplexe, die aus einer Spezies von blau-grünen Algen, die lebt bei hoher Temperatur.

„Mit einem Gruppe-II-intron aus einem Hochtemperatur-Organismus erleichtert-Struktur Bestimmung durch die angeborene Stabilität des Komplexes aus dieser Art“, sagte Haack. „Die Entwicklung dieser Art von RNA-Spleißen wahrscheinlich geführt, um die Diversifizierung des Lebens auf der Erde.“

Haack erklärte weiter, dass er und Toor entdeckt, dass die Gruppe-II-intron und die spliceosome eine gemeinsame dynamische Mechanismus der Bewegung Ihrer katalytischen Komponenten beim RNA-Spleißen.

„Dies ist der stärkste Beweis bisher, dass die spliceosome entwickelte sich aus einer bakteriellen Gruppe II intron“, sagte er.

Darüber hinaus werden die Ergebnisse zeigen, wie sich die Gruppe II introns sind in der Lage, fügen sich in die DNA durch einen Prozess rief retrotransposition. Dieses kopieren-und-einfügen-Vorgang geführt hat, die egoistisch retroelements Vermehrung in der menschlichen DNA, umfasst einen großen Teil des Genoms.

„Die Replikation dieser retroelements spielte eine große Rolle in der Gestaltung der Architektur des modernen menschlichen Genoms und hat sogar schon eine Rolle bei der speziation von Primaten“, bemerkte Toor.

Die Forscher verwendeten Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) zu extrahieren, die eine molekulare Struktur der Gruppe-II-intron. Sie fror, die RNA in einer dünnen Schicht aus Eis und schoss dann Elektronen durch dieses Beispiel. Nach Ansicht der Wissenschaftler, die-Elektronen-Mikroskop vergrößern können Sie das Bild 39,000 Zeiten. Die resultierenden 2D-Bilder einzelner Moleküle wurden dann zusammen zu kommen mit einer 3D-Ansicht des Gruppe-II-intron.

„Das ist wie eine molekulare Archäologie“, beschreibt Haack. „Gruppe-II-introns sind lebende Fossilien, die uns einen Einblick, wie Komplex das Leben zunächst entwickelte sich auf der Erde.“

Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Institutes of Health (Zuschüsse 1R01GM123275, 1R01GM033050, NIH DP5 OD021396 und U54GM103368).