储存在DNA中的遗传信息通过翻译过程被“解码”成蛋白质。这涉及到氨基酸之间肽键的形成，与转运RNA (tRNA)分子结合，这些分子在核糖体上非常接近地滑动，并拉长肽链，随后发生构象变化，形成蛋白质。与小核糖体亚基中依赖密码子的氨基酰基tRNA识别不同，所讨论的肽键形成发生在大核糖体亚基的肽转移酶中心(pTC)，以一种非氨基酸特异性的方式。这种非特异性表明大亚基先于小亚基进化，小亚基与mRNA和tRNA有更特异性的相互作用。

尽管pTC形成的进化过程已被彻底记录，但核糖体是如何发展成有功能的实体并成为蛋白质合成的重要组成部分的却知之甚少。长期以来，科学家们一直对tRNAs需要一个“支架”的帮助来创建肽键这一事实感到困惑，这一肽键可以通过受体臂上的3'-CCA序列引导它们进行相互作用。这个支架是什么，它是如何运作的，这将是一个有趣的研究课题。

由Koji Tamura教授领导的东京科学大学的一组科学家决定用生物进化连续性的视角来解决这个谜题。他们的研究于2022年4月12日在线发表在《Life》杂志第12卷第4期上，阐明了蛋白质翻译的进化方面。他们的研究结果为证明pTC的起源和进化假说提供了重要的证据，这一假说改变了我们看待现代核糖体和tRNA的方式。

这个想法是在仔细观察嗜热热菌(Thermus thermoophilus)的70S核糖体- tRNA复合体的晶体结构后产生的，嗜热热菌是一种经常用于遗传学研究的细菌。在这里，tRNA的肽基(p-)和氨基酰基(A-)位点对齐，使CCA末端接近，就像橄榄球运动员的食指在“Goromaru姿势”。Tamura教授说:“有一种实体作为支架来维持这种邻近性，它很可能源于原始的pTC。”由于进化方面是可能的，该团队选择利用原始tRNA或“RNA小螺旋”进行研究。

他们首先尝试在存在核糖体RNA片段的情况下，在两个丙氨酸特异性小螺旋之间形成肽键。肽键是利用核糖体片段p1c2作为RNA支架形成的，它只有70个核苷酸长!接下来，他们在p1c2 (p1c2UGGU)上添加了一个末端氨基酸片段(序列为UGGU)。根据质谱分析结果，这使肽键形成能力比原来提高了4.2倍!两个丙氨酸残基之间的肽键形成由二聚体p1c2UGGU支撑。该支架上的UGGU序列与微螺旋上对应的3'端ACCA相互作用，使两个氨基酸足够靠近形成肽键。诺贝尔奖得主Ada Yonath博士和她的团队最近表明，类似的保守pTC区域可以催化人工模拟分子形成肽键，但Tamura教授的团队表明，氨基酰化RNA也可以是一种底物。

这一发现无疑暗示了一种可能性，即小螺旋与原始pTC结合。那么，关于核糖体的进化，这些结果表明了什么呢?“tRNA的CCA和pTC之间的功能相互作用可能在进化过程中被‘修正’。虽然目前的核糖体没有像UGGU那样的连续序列，但它们的相互作用在“概念上”与我们的研究中看到的效果相似。小螺旋最终进化成tRNA是合理的，例如，使用两个小螺旋样RNA分子之间的亲吻环相互作用，”Tamura教授解释说。“这些迷你螺旋状分子，形成了肽键形成支架的一部分，可能不仅促进了目前的pTC的进化，还形成了tRNA分子，”他补充说。

这项研究的未来应用——为进化RNA生物学开辟了令人兴奋的道路——是多方面的。面对一个代谢悖论(DNA和RNA的组成部分是由氨基酸产生的)，研究“肽核酸”作为遗传物质前体的概念是可以想象的。这些结果令人着迷，它们将帮助科学家们破解多年来一直无法解决的分子现象。

Mai Kawabata, Kentaro Kawashima, Hiromi Mutsuro-Aoki, Tadashi Ando, Takuya Umehara, Koji Tamura. peptide Bond Formation between Aminoacyl-Minihelices by a Scaffold Derived from the peptidyl Transferase Center. Life, 2022; 12 (4): 573