Forskare har föreslagit en ny modell som beskriver hur gamla RNA-molekyler kan ha fått förmågan att skära sig själva. Denna självskärande förmåga, eller självklyvning, anses vara avgörande för utvecklingen av RNA-baserat liv innan uppkomsten av proteiner och DNA. Modellen, som presenteras i tidskriften Nature Chemistry, belyser de kemiska processer som kunde ha lett till ursprunget och mångfalden av ribozymer, RNA-molekyler som kan fungera som katalysatorer.

Ribozymer är väsentliga komponenter i RNA-världshypotesen, vilket tyder på att RNA föregick proteiner som de primära informationsbärande och katalytiska molekylerna i tidigt liv. Dessa RNA-molekyler skulle ha behövt förmågan att självklyva på exakta platser för att reglera sin egen replikation, bearbetning och funktion.

Den nya modellen, utvecklad av forskare från Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) i Japan, föreslår att självklyvning kunde ha uppstått från interaktionen mellan RNA-molekyler och enkla kemiska arter, såsom metalljoner och små organiska molekyler , i en prebiotisk miljö.

"Vi föreslår att RNA-självklyvning kan ha sitt ursprung från icke-enzymatiska reaktioner, drivna av den kemiska reaktiviteten hos RNA självt, i kombination med hjälp av metalljoner och andra små molekyler som fanns i överflöd i den prebiotiska jorden," förklarade motsvarande författare Dr. Ryuichi Masui, en teamledare vid OIST:s Precursory Chemistry Unit.

Modellen antyder att vissa RNA-sekvenser, kallade hårnålsribozymer, kunde ha självklyvts genom en specifik kemisk reaktion som kallas en omförestringsreaktion. Denna reaktion involverar överföring av en fosfatgrupp från en RNA-molekyl till en annan, vilket resulterar i klyvning av RNA-ryggraden.

Forskarna testade sin modell med syntetiska RNA-molekyler och fann att närvaron av metalljoner, såsom magnesium eller kalcium, avsevärt ökade hastigheten för självklyvning i hårnålsribozymer. De identifierade också en liten organisk molekyl, imidazol, som ytterligare accelererade självklyvningsreaktionen.

Enligt modellen kunde dessa prebiotiska kemiska arter ha fungerat som katalysatorer, främja självklyvning av RNA-molekyler och underlätta utvecklingen av mer komplexa och mångsidiga ribozymer.

Fynden ger nya insikter om ursprunget till katalytiska RNA-molekyler och ger stöd för RNA-världshypotesen. Studien belyser den potentiella rollen av icke-enzymatiska reaktioner, metalljoner och små organiska molekyler i uppkomsten av självreplikerande och funktionella RNA-system i de tidiga stadierna av livets evolution.

"Vår modell tyder på att självklyvningen av RNA kunde ha uppstått från enkla kemiska processer, vilket satte scenen för uppkomsten av mer komplexa RNA-molekyler och så småningom leda till livets ursprung", avslutade Dr. Masui.