本网讯（物质科学与信息技术研究院）氨酰基化RNA是RNA与氨基酸发生化学连接而产生的，是蛋白质生物合成的重要元件，是合成生物学的关键组件之一，可以为特种功能蛋白质和肽类药物的体外进化提供强大技术平台。同时，RNA与氨基酸之间新的化学连接体系可以为生命起源RNA世界假说中的“RNA-多肽世界”提供新思想。近日，我校物质科学与信息技术研究院方葛敏教授课题组发现了RNA与氨基酸化学连接的全新体系，研究成果以“RNA Acylation Method via a DNA-Templated Acyl Transfer Reaction”为题，在线发表在化学领域TOP期刊《Organic Letters》（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.orglett.5c03169），安徽大学为唯一作者单位，方葛敏教授为通讯作者。论文共同第一作者为博士生王雨璇和博士后万晓翠，在合成和测试方面做出了重要贡献。PNA系统已经申请专利保护。
图RNA与氨基酸的化学连接新体系-PNA系统
自20世纪70年代以来，Hecht研究组开发出tRNA的化学酰基化方法，但它涉及繁琐的化学合成过程。RNA与氨基酸的化学连接反应一直是该领域一个重要而有趣的科学命题。高活性的酯类可以与tRNA发生反应，但会导致tRNA过度酰化，而生命系统中的氨酰基tRNA合成酶限于天然氨基酸的类似物与tRNA的酰化。在该领域最具代表的系统是东京大学Suga研究组创造的flexizyme系统，能够实现数百种非天然氨基酸与tRNA的氨酰化，是国际多肽药物明星企业PeptiDream的核心底盘技术。flexizyme是一种体外进化的核酸酶，需要过量的氨基酸底物，在高位阻氨基酸与tRNA的酰化效率低。
在本研究中，方葛敏教授课题组发现了一种独特的PNA系统，具体涉及一个DNA模板和一个供体PNA分子。DNA模板通过与RNA和供体PNA杂交，使PNA上的酰基转移到RNA的3′端核糖羟基上。巧合的是，就在同一天，《Nature》杂志期刊公布，英国伦敦大学学院Powner研究组发现了氨基酸硫酯与RNA的氨酰化反应，为生命起源中“蛋白质是如何合成的”提供了新思路。需要指出，Powner等人发现的RNA酰基化反应需要0.2~0.6 mol/L的硫酯底物。相比之下，方葛敏教授课题组的PNA系统利用了核酸模板原理，RNA的氨酰化反应发生在umol/L，浓度为Powner报道的万分之一。理论上，该课题组发展的PNA系统可以进行皮摩尔以下的RNA酰基化。核酸模板原理可以在极低浓度下实现RNA与氨基酸的化学连接，为生命起源RNA世界假说中的“RNA-多肽世界”提供一种新的思路。