リボソームサブユニットの付加履歴は、理論的なミニマムRNAリングから推論され、系統的・構造的な方法で得られた履歴と一致している

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Gene.2020 May;738:144436. S0378-1119(20)30105-0. doi: 10.1016/j.gene.2020.144436.Epub 2020-02-03.

リボソームサブユニットの付加履歴は、理論的なミニマムRNAリングから推論され、系統的・構造的な方法で得られた履歴と一致している

Accretion history of large ribosomal subunits deduced from theoretical minimal RNA rings is congruent with histories derived from phylogenetic and structural methods.

Jacques Demongeot
Hervé Seligmann

PMID: 32027954 DOI: 10.1016/j.gene.2020.144436.

抄録

tRNAの付加物がリボソームRNAの大型複合構造を形成したと考えられている。tRNAの二次構造とrRNAの二次構造の類似性は、遺伝子コード中のアミノ酸の統合順序が高くなるほど高くなり、tRNAがrRNA様構造へと進化していることを示唆している。ここでは、3つの大型リボソームRNA（Prokaryota.古細菌：Thermus thermophilus; 細菌：Escherichia coli; E.大腸菌：大腸菌、真核生物：サッカロミセス・セレビシエータ。この3つの大型リボソームRNA（原核生物：古細菌：Thermus thermophilus、細菌：大腸菌、真核生物：Saccharomyces cerevisiae）を、25個の理論最小RNA環で表されるプロトtRNAと推定される二次構造との類似性との関係で比較した。これらのランクは、(a)クラッド的系統解析、(b)コア部分要素を古代のものと推定し、周辺部分要素を最近のものと推定する3次元結晶学の2つの独立した方法（ランクはrRNAの部分構造に対する相対的な進化年代を示す）で得られたランクと比較した。RNAリング二次構造とrRNA二次構造を比較したところ、(a)と(b)の両方の結果が一致した（(b)よりも(a)の方が一致した）。大型RNAの降着履歴の再構築は、独立した方法で得られた情報を適切に統合することが重要である。また、理論的なミニマムRNAリングは、特定のコーディング制約に従ってシリコで決定論的に設計された配列であり、前生物や初期生命体の分子進化のための適切なスケールを生み出す可能性がある。

Accretions of tRNAs presumably formed the large complex ribosomal RNA structures. Similarities of tRNA secondary structures with rRNA secondary structures increase with the integration order of their cognate amino acid in the genetic code, indicating tRNA evolution towards rRNA-like structures. Here analyses rank secondary structure subelements of three large ribosomal RNAs (Prokaryota: Archaea: Thermus thermophilus; Bacteria: Escherichia coli; Eukaryota: Saccharomyces cerevisiae) in relation to their similarities with secondary structures formed by presumed proto-tRNAs, represented by 25 theoretical minimal RNA rings. These ranks are compared to those derived from two independent methods (ranks provide a relative evolutionary age to the rRNA substructure), (a) cladistic phylogenetic analyses and (b) 3D-crystallography where core subelements are presumed ancient and peripheral ones recent. Comparisons of rRNA secondary structure subelements with RNA ring secondary structures show congruence between ranks deduced by this method and both (a) and (b) (more with (a) than (b)), especially for RNA rings with predicted ancient cognate amino acid. Reconstruction of accretion histories of large rRNAs will gain from adequately integrating information from independent methods. Theoretical minimal RNA rings, sequences deterministically designed in silico according to specific coding constraints, might produce adequate scales for prebiotic and early life molecular evolution.