「原始生命はRNAが作った」RNAワールド仮説を支持する説が発表される! 高い複製能力を持つ「イノシン」とは

biology 2018/12/05
Credit: Harvard University
Point
・原初の地球で初めて生まれた生命は、複製するRNAを主体とした「RNAワールド」から進化したとする説がある
・RNAの材料はアデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C)、ウラシル(U)であるが、原初に存在した材料から合成できる仕組みが解明されてるのは、CとUのみ
・グアニン(G)の代わりにイノシン(I)を含んだRNAが高い複製能力を持つことが新たな研究で示された

生命の起源はRNAであり、その材料にはイノシンが含まれていたかもしれません。RNAの塩基の1つグアニン(G)の代わりにイノシン(I)を使って合成されたRNAが、十分な複製能力を持つことが示されました。研究はハーバード大学で行なわれ、“PNAS”で発表されています。

Inosine, but none of the 8-oxo-purines, is a plausible component of a primordial version of RNA
http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1814367115

太古の地球は、小惑星の爆撃や、稲妻、地熱で沸騰する海など、とても生物が住める環境ではありませんでした。しかし生命は、そのような環境で生み出されたはずです。その謎を解くため研究者たちは、初期の地球環境を研究室で模倣することで、始原の生命の材料が生み出されないかを研究しています。

太古の地球で生命がどのように生まれたかを知ることは、それ自体ロマンですが、その知識は、地球外生命体の探求にも活かすことができます。生命の重要な材料の一つにRNAがありますが、実は、RNAこそが生命の始まりを作ったのではないかという「RNAワールド仮説」というものがあります。RNAは多才な分子です。それ自体に遺伝子コードを保存し複製できる上に、タンパク質合成の鋳型にもなり、化学反応を促進させる酵素活性を持つこともできます。

現状、RNAワールド仮説の証明には、2つの課題があります。ひとつは、RNAの原料である4つのヌクレオチド、アデニン・グアニン・シトシン・ウラシル(A, G, C, U)が生み出されるには、どのような物質が必要かを見つけること。そして、自身の複製を作るために、RNAがどのように遺伝情報を保存、複製するのかを見つけることです。

現在までに、CとUについては、その原料物質の発見には目覚ましい成果が出ていますが、AとGについては解明は進んでいません。今回の研究では、RNAが原初には現在とは異なる塩基のセットを持っていた可能性が示唆されています。それが、イノシン(I)です。初期の生命のRNAは現在の(A,U,C,G)の塩基セットではなく、(A,U,C,I)の塩基セットを持っていた可能性が新たな研究で示されました。

プリン分子を元にしているAやGの合成においては、生成において、都合の悪い副生成物が生まれることが分かっています。しかし、最近になってAやIに構造が似ている、8オキソアデニンや8オキソイノシンを、原初に存在した材料から生み出す方法が発見されています。そこで今回、これらの類似体を使って作ったRNAが、効果的な複製能力を持つのかを調ました。

しかし、この代替RNAの複製能力は満足行くものではありませんでした。構造的にはそっくりであるのに、全く機能しなかったのです。かろうじて複製はしましたが、スピードが遅い上に変異も入ります。RNAが構造を維持できる時間内に複製できるほどのスピードを持っていなかったのです。また、変異が入りやすいということは、遺伝子を伝えて進化を促す役割を担えないことを意味します。

しかし、実験の過程で驚きの発見がもたらされました。8オキソイノシンと比較するために使った、イノシンを含んだRNAが優れた結果を示したのです。イノシンを含んだRNAは速く、少ない変異で複製を作ることができました。つまり、遺伝子伝達や進化を担うに十分な性能をイノシンが持っていることが示されたのです。

 

今回の「イノシンがグアニンの代わりに原始のRNAの材料となれる」発見は、「RNAワールド仮説を」支える一つの証拠となります。太古の地球では、原始スープから、遺伝情報を持ったRNAが生まれ、RNAが支配する地球を作っていたのでしょうか?今現在、RNAワールドが展開されている系外惑星は存在するのでしょうか?今後の発見に期待しましょう。

 

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via: Phys.org/ translated & text by SENPAI

 

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