镜像5S rRNA与蛋白复合体的合成与自组装

In a biological system, all nucleic acids’ chirality is D form and all proteins’ chirality is L form. Whether a mirror-image life composed of L-nucleic acids and D-proteins exists is a very interesting question. To explore this possibility, we try to synthesize a chirally inverted central dogma which is the first big step in creating a mirror-image life. After the successful demonstration of mirror-image genetic replication and transcription, the next step in establishing a mirror-image version of the central dogma of molecular biology is to build a mirror-image ribosome. Our project plans to synthesize and assemble 5S ribonucleoprotein complex consisting of 5S rRNA and three ribosomal proteins (L5, L18, and L25) in the large subunit of the Escherichia coli ribosome. To overcome the limit of chemical synthesis of RNA, we chemically synthesized D-Dpo4 (DNA Polymerase IV) and transcribed L- 5S rRNA in vitro，and we have synthesized the mirror-image form of L25. Based on this, we will refold and test their acitvity and further assemble with enzymatically transcribed mirror-image 5S ribosomal RNA into stable ribonucleoprotein complexes through chiral-specific binding. Our project is the first step towards building a functional mirror-image ribosome. Furthermore, using mirror-image ribonucleoprotein complexes as an orthogonal model system has the potential to enable convenient in vitro functional and structural studies without requiring RNase decontamination, further leading to the realization of many applications such D-peptide drugs screening.

生物体内核酸和蛋白分子的手性分别是D型和L型，那么是否存在完全由L型的核酸和D型的蛋白构成的镜像生命呢？为探索这一可能性，我们利用合成生物学的手段尝试构建镜像中心法则，继复制与转录成功之后，核糖体介导的翻译过程无疑是最为关键和复杂的一步。作为先期探索，本项目计划合成和组装Escherichia coli核糖体中关键的复合体即5S RNP (包括5S rRNA和核糖体大亚基蛋白L5，L18和L25) 的镜像构型。我们利用D型的Dpo4通过体外转录得到了L型5S rRNA，而且我们已经合成出L型和D型的L25。在此基础上，本项目预期可以组装出有活性的镜像5S RNP。本项目是构建镜像核糖体的第一步，同时也为生物复合体的功能和结构的研究提供了一个新型无RNase污染的系统，为镜像药物的筛选奠定基础。

组成生命的基本物质DNA/RNA和蛋白的手性分别是D型和L型，那么是否存在完全由L型的DNA/RNA和D型的蛋白构成的镜像生命呢？本项目尝试通过合成生物来探索镜像生命存在的可能性。构建镜像生命的第一步是完成镜像的中心法则。目前，镜像中心法则已经完成了复制和转录两个过程，但是还缺乏最为关键的一步就是核糖体介导的翻译过程。 .作为镜像核糖体合成的先期探索，本项目对Escherichia coli核糖体中关键的复合体即5S RNP （ribonucleoprotein complex）的镜像形式进行合成和组装，进而初步解决镜像核糖体人工合成和组装的技术难题。化学合成了带有翻译后修饰的天然和镜像版本的三种核糖体蛋白 L5、L18 和 L25，并通过镜像转录获得了镜像 5S rRNA。对上述三种蛋白进行复性，并将其与镜像 5S rRNA一同组装获得了镜像 5S RNP。由此，我们探索了核糖体 RNA 与核糖体蛋白之间的作用关系，并证明了 5S rRNA 与核糖体蛋白之间的相互作用具有手性特异性。 本项目为镜像核糖体人工合成和组装的奠定坚实基础，同时镜像5S RNP的成功组装也可以为其他生物复合体功能和结构的研究提供一个新型无RNase污染的系统。