פרוטוריבוזום - עדויות ראשונות לקיומו בעולם ה-RNA

 

חלק מרכזי דמוי כיס בריבוזום - פרוטוריבוזום (Protoribosome), מורכב רק מ-RNA. מספר פרוטוריבוזומים מסוגלים לקטלז במבחנה יצירה של פפטיד קצר (חלבון) מחומצות אמינו. זו כנראה הריבוזום הקדום של ראשית החיים. החולייה המקשרת בין עולם ה-RNA הקדום, בו מולקולות RNA  תפקדו גם כחומר תורשתי  וגם  כאנזימים קטליטיים,  לעולם  ה-DNA/חלבון - בו אנחנו חיים היום. 

הריבוזום הוא מבנה תאי מאד נפוץ בכל התאים, שתפקידו לייצר חלבונים בהתאם למידע המקודד על ידי הגנים המתאימים. לריבוזום מגיעה מולקולת RNA שליח (messenger RNA - mRNA) עם העתק המידע מהחומר התורשתי, שם מתאימים לקודונים שעליה את מולקולות ה-RNA המובילות את חומצות אמינו ( transfer RNA - tRNA) ומחברים ביניהן. הריבוזום  מורכב משתי תת יחידות, קטנה וגדולה, שתיהן מורכבות מ-RNA ריבוזומי (ribosomal RNA - rRNA) וחלבונים.  היחידה הקטנה - הנבנית מסביב למולקולה של RNA המכונה 16srRNA/18srRNA - אחראית על הקישור של המידע המגיע מה-DNA, ואילו היחידה הגדולה - הנבנית מסביב למולקולה של RNA המכונה 23srRNA, שהמרכז הקטליטי שלה הוא RNA (המכונה בקיצור PTC - ר"ת של Peptydyl transferase center),  אחראית על יצירת החלבונים בהתאם למידע הזה. 

הפרוטוריבוזום 
מקור: אילנה אגמון, הטכניון

הפרוטוריבוזום מהווה את החלק המרכזי של ה-PTC, והוא דמוי כיס סימטרי. ולמרות שהוא מהווה רק כ-6% ממנו, הוא כנראה החלק החשוב ביותר, וזאת ניתן ללמוד מהשימור במבנה וברצף  - כפי שבא לידי ביטוי בריבוזומים השונים של שלוש העל-ממלכות (חיידקים, ארכאונים, איקריוטים). הוא זה ש"קולט" את החומצה האמינית  החדשה (שמביא ה-RNA המוביל) ומקטלז את הקשר החדש בינה לפפטיד המתהווה (הקשור אף הוא ל-RNA מוביל), ואף כולל את תעלת היציאה של הפפטיד החדש (האתרים המוכרים כ-A ו-P ו-E של הריבוזום). 

השערת הפרוטוריבוזום טוענת שהוא בעצם היה מולקולת RNA עצמאית, שיכלה גם לשכפל את עצמה וגם להתקפל לצורתה הסופית המקטלזת את יצירת החלבונים. במעבר לעולם ה-DNA - ה-DNA החליף את ה-RNA כחומר תורשתי (יש יוצרי דופן - בעיקר נגיפים) ואילו  החלבונים  מתפקדים  כיום גם כאנזימים, וגם כבסיס לכל המבנים הביולוגיים. מולקולת הפרוטוריבוזום צברה מסביבה מולקולות נוספות של RNA וחלבונים והתפתחה לריבוזום המוכר לנו כיום. אך עד המחקר הנוכחי לא היו עדויות מעבדתיות ממשיות התומכות בכך. 

מחקרי עבר הראו שהיחידה הגדולה של הריבוזום מסוגלת להתקפל בעצמה ולתפקד לבדה בייצור חלבונים גם ללא היחידה הקטנה. 

במחקר החדש, של קבוצת המחקר של עדה יונת ממכון ויצמן,  חמש גרסאות של מולקולת ה-RNA של הפרוטוריבוזום סונתזה בצורה עצמאית, על סמך הרצף המתאים ב-23S-rRNA של חיידקי Thermus thermophilus (שזהה לחלוטין באזור זה גם בחיידקי Deinococcus radiodurans), ונבדקה יכולתן וליצירת קשרים פפטידיים בין חומצות אמינו. בנוכחות מולקולות tRNA טעונות אכן נוצרו דימרים של אותן מולקולות RNA שייצרו קשרים פפטידיים בין חומרי המוצא המתאימים. 

כאמור, תוצאות המחקר אכן תומכות בנכונותה של השערת הפרוטוריבוזום. 

המאמר המקורי

Origin of life: protoribosome forms peptide bonds and links RNA and protein dominated worlds