Could molecular symbiosis by compartmentalization drive evolution of the RNA world?

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K06579
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43040:Biophysics-related
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: Matsumura Shigeyoshi 富山大学, 学術研究部理学系, 講師 (40619855)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: RNAワールド / 実験進化 / リボザイム / 区画化 / マイクロ流体システム / 生命の起源 / 情報と機能の分離

Outline of Final Research Achievements

Experimental evolution of the ribozyme using droplet microfluidics has successfully produced the mutant ribozyme with higher activity beyond the wild type. Then subsequent evolution experiment has been carried out by using the integrated device newly developed, so the highly active mutant was newly obtained. We additionally obtained the novel functional RNA, that is not a ribozyme, which binds the substrate RNA and enhances its fluorescence intensity. This RNA has a very interesting feature, in which the information and function has been separated. The discovery of this RNA will give us hints regarding the RNA world evolution.

Free Research Field

進化分子工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞サイズの微小液滴操作技術を用いてリボザイムの人為進化を行う実験系を構築・運用し、実際にリボザイムの活性を大きく向上させることに成功した。特に、統合型マイクロ流体デバイスの実験進化における有用性を示すことができたことは、液滴を用いた新たな進化工学の応用範囲・可能性を大きく広げる意義を含んでいる。また、実験進化の過程で、リボザイムではない、基質RNAに結合してその蛍光を増強する能力をもつ新規なRNAを発見した。この分子種は、情報と機能を分離させている非常に興味深い特徴をもつことも判明した。このようなRNAはこれまでに発見されておらず、RNAワールドの進化に対して極めて重要な知見を与えうる。