利用镜像T7转录制备镜像核糖体RNA及功能性RNA

　　

 

图 镜像T7 RNA聚合酶示意图及镜像核糖体RNA转录胶图

　　在国家自然科学基金项目（批准号：21925702、32050178）资助下，清华大学朱听教授团队在全化学合成高保真镜像T7 RNA聚合酶以及转录制备镜像RNA领域取得新进展，相关成果以“利用镜像T7转录制备镜像核糖体RNA及功能性RNA（Mirror-image T7 transcription of chirally inverted ribosomal and functional RNAs）”为题，于2022年10月28日在《科学》（Science）上发表。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm0646。

　　构成生命的天然核酸和蛋白质均具有手性单一的特性，已知天然核酸皆由D型核糖组成，而天然蛋白质几乎皆由L型氨基酸组成。朱听团队致力于从遗传信息中心法则出发，利用化学和生物学等多学科手段构建与天然生物分子手性相反的“镜像生物学系统”。构建镜像蛋白质翻译系统的关键在于合成镜像核糖体。其中，核糖体RNA是核糖体的结构与催化核心，其分子量约占核糖体总分子量的2/3，合成镜像核糖体的难点在于制备长度分别约为120 nt、1.5 kb及2.9 kb的镜像5S、16S及23S核糖体RNA。然而，受限于已有技术，此前能够获取的最长镜像RNA仅有120 nt，不足以实现制备长链镜像RNA的目标。为突破全化学合成对蛋白质大小的限制，研究团队利用蛋白质分割策略，将全长为883个氨基酸的T7 RNA聚合酶分割成长度分别为363、238和282个氨基酸的三个片段进行合成，并将其在体外共同复性，使其正确折叠成具有完整功能的100 kDa高保真镜像T7 RNA聚合酶，为目前已报道的最大全化学合成镜像蛋白质。同时，利用合成的镜像聚合酶转录制备出各种镜像RNA，包括镜像5S、16S及23S核糖体RNA、镜像核糖开关、镜像核酶等，并对多种镜像RNA展开稳定性研究。其中，23S核糖体RNA长度达2.9 kb，为目前已报道的最长镜像RNA（图）。

　　该大型镜像蛋白质全化学合成策略以及千碱基长度镜像基因组装和转录技术，解决了长期制约镜像生物学领域发展的大型镜像生物分子的制备难题，为后续构建镜像蛋白质翻译系统、实现完整的镜像中心法则以及拓展镜像生物学系统的应用奠定了基础。