Дзякуй за наведванне Nature.com.Версія браўзера, якую вы выкарыстоўваеце, мае абмежаваную падтрымку CSS.Для найлепшага вопыту мы рэкамендуем вам выкарыстоўваць абноўлены браўзер (або адключыць рэжым сумяшчальнасці ў Internet Explorer).Тым часам, каб забяспечыць бесперапынную падтрымку, мы будзем візуалізаваць сайт без стыляў і JavaScript.
Эвалюцыя мікробных паразітаў прадугледжвае супрацьдзеянне паміж натуральным адборам, які прымушае паразітаў паляпшацца, і генетычным дрэйфам, які прымушае паразітаў губляць гены і назапашваць шкодныя мутацыі.Тут, каб зразумець, як гэта процідзеянне адбываецца ў маштабе адной макрамалекулы, мы апісваем cryo-EM структуру рыбасомы Encephalitozoon cuniculi, эўкарыятычнага арганізма з адным з самых маленькіх геномаў у прыродзе.Надзвычайнае скарачэнне рРНК у рыбасомах E. cuniculi суправаджаецца беспрэцэдэнтнымі структурнымі зменамі, такімі як эвалюцыя раней невядомых злітых лінкераў рРНК і рРНК без выпукласцяў.Акрамя таго, рыбасома E. cuniculi перажыла страту фрагментаў і бялкоў рРНК, развіўшы здольнасць выкарыстоўваць малыя малекулы ў якасці структурных імітатараў дэградаваных фрагментаў і бялкоў рРНК.У цэлым, мы паказваем, што малекулярныя структуры, якія доўгі час лічыліся рэдукаванымі, выраджанымі і схільнымі знясільваючым мутацыям, маюць шэраг кампенсаторных механізмаў, якія падтрымліваюць іх актыўнымі, нягледзячы на ​​экстрэмальныя малекулярныя скарачэнні.
Паколькі большасць груп мікробных паразітаў маюць унікальныя малекулярныя інструменты для выкарыстання сваіх гаспадароў, нам часта даводзіцца распрацоўваць розныя тэрапеўтычныя сродкі для розных груп паразітаў1,2.Аднак новыя дадзеныя сведчаць аб тым, што некаторыя аспекты эвалюцыі паразітаў канвергентныя і ў значнай ступені прадказальныя, што паказвае на патэнцыйную аснову для шырокіх тэрапеўтычных умяшанняў у мікробных паразітаў3,4,5,6,7,8,9.
Папярэдняя праца вызначыла агульную эвалюцыйную тэндэнцыю ў мікробных паразітах, званую памяншэннем геному або распадам геному 10,11,12,13.Сучасныя даследаванні паказваюць, што калі мікраарганізмы адмаўляюцца ад вольнага ладу жыцця і становяцца ўнутрыклеткавымі паразітамі (або эндасімбіёнтамі), іх геномы перажываюць павольныя, але дзіўныя метамарфозы на працягу мільёнаў гадоў9,11.У працэсе, вядомым як распад геному, мікробныя паразіты назапашваюць шкодныя мутацыі, якія ператвараюць многія раней важныя гены ў псеўдагены, што прыводзіць да паступовай страты генаў і мутацыйнага калапсу14,15.Гэты калапс можа знішчыць да 95% генаў у самых старажытных ўнутрыклеткавых арганізмах у параўнанні з блізкароднаснымі свабоднажывучымі відамі.Такім чынам, эвалюцыя ўнутрыклеткавых паразітаў - гэта перацягванне каната паміж дзвюма супрацьлеглымі сіламі: дарвінаўскі натуральны адбор, які вядзе да паляпшэння паразітаў, і калапс геному, кідаючы паразітаў у нябыт.Як паразіту ўдалося выйсці з гэтага перацягвання каната і захаваць актыўнасць сваёй малекулярнай структуры, застаецца незразумелым.
Нягледзячы на ​​​​тое, што механізм распаду геному да канца не вывучаны, здаецца, гэта адбываецца ў асноўным з-за частага генетычнага дрэйфу.Паколькі паразіты жывуць невялікімі, бясполымі і генетычна абмежаванымі папуляцыямі, яны не могуць эфектыўна ліквідаваць шкодныя мутацыі, якія часам адбываюцца падчас рэплікацыі ДНК.Гэта прыводзіць да незваротнага назапашвання шкодных мутацый і памяншэння геному паразіта.У выніку паразіт не толькі губляе гены, якія яму больш не патрэбныя для выжывання ва ўнутрыклеткавай асяроддзі.Менавіта няздольнасць папуляцый паразітаў эфектыўна ліквідаваць спарадычныя шкодныя мутацыі выклікае назапашванне гэтых мутацый ва ўсім геноме, уключаючы найбольш важныя гены.
Большая частка нашага цяперашняга разумення скарачэння геному грунтуецца выключна на параўнанні паслядоўнасцей геному, з меншай увагай да змен у рэальных малекулах, якія выконваюць гаспадарчыя функцыі і служаць патэнцыйнымі мішэнямі для лекаў.Параўнальныя даследаванні паказалі, што цяжар шкодных унутрыклеткавых мікробных мутацый, па-відаць, схіляе вавёркі і нуклеінавыя кіслоты да няправільнага згортвання і агрэгацыі, што робіць іх больш залежнымі ад шаперона і звышадчувальнымі да цяпла19,20,21,22,23.Акрамя таго, розныя паразіты - незалежная эвалюцыя, якую часам аддзяляе ажно 2,5 мільярда гадоў - адчувалі падобную страту цэнтраў кантролю якасці ў іх сінтэзе бялку5,6 і механізмах аднаўлення ДНК24.Аднак мала што вядома аб уплыве ўнутрыклеткавага ладу жыцця на ўсе іншыя ўласцівасці клеткавых макрамалекул, уключаючы малекулярную адаптацыю да ўзрастаючага цяжару шкодных мутацый.
У гэтай працы, каб лепш зразумець эвалюцыю бялкоў і нуклеінавых кіслот ўнутрыклеткавых мікраарганізмаў, мы вызначылі структуру рыбасом ўнутрыклеткавага паразіта Encephalitozoon cuniculi.E. cuniculi - гэта грыбападобны арганізм, які належыць да групы паразітычных мікраспарый, якія маюць незвычайна малыя эукарыятычныя геномы і таму выкарыстоўваюцца ў якасці мадэльных арганізмаў для вывучэння распаду геному 25,26,27,28,29,30.Нядаўна была вызначана структура крыя-ЭМ рыбасом для ўмерана паменшаных геномаў Microsporidia, Paranosema locustae і Vairimorpha necatrix31,32 (~3,2 Мб генома).Гэтыя структуры мяркуюць, што некаторая страта ампліфікацыі рРНК кампенсуецца развіццём новых кантактаў паміж суседнімі рыбасомнымі вавёркамі або набыццём новых рыбасомальных бялкоў msL131,32.Віды Encephalitozoon (геном ~2,5 мільёна п.н.), разам з іх бліжэйшым сваяком Ordospora, дэманструюць найвышэйшую ступень рэдукцыі геному ў эўкарыёт - яны маюць менш за 2000 генаў, якія кадуюць бялок, і чакаецца, што іх рыбасомы не толькі пазбаўленыя фрагментаў пашырэння рРНК (фрагменты рРНК, якія адрозніваюць рыбасомы эукарыёт ад рыбасом бактэрый), але таксама маюць чатыры рэбры. осомальных бялкоў з-за адсутнасці ў іх гамолагі ў геноме E. cuniculi26,27,28.Такім чынам, мы прыйшлі да высновы, што рыбасома E. cuniculi можа выявіць невядомыя раней стратэгіі малекулярнай адаптацыі да распаду геному.
Наша крыя-ЭМ-структура ўяўляе сабой самую маленькую эукарыятычную цытаплазматычную рыбасому, якую трэба ахарактарызаваць, і дае ўяўленне пра тое, як канчатковая ступень рэдукцыі геному ўплывае на структуру, зборку і эвалюцыю малекулярнага механізму, які з'яўляецца неад'емнай часткай клеткі.Мы выявілі, што рыбасома E. cuniculi парушае многія з шырока захаваных прынцыпаў згортвання РНК і зборкі рыбасом, і выявілі новы, раней невядомы рыбасомны бялок.Зусім нечакана мы паказваем, што рыбасомы мікраспарыі развілі здольнасць звязваць малыя малекулы, і выказваем гіпотэзу, што скарачэнні рРНК і бялкоў выклікаюць эвалюцыйныя інавацыі, якія ў канчатковым рахунку могуць надаць рыбасомам карысныя якасці.
Каб палепшыць наша разуменне эвалюцыі бялкоў і нуклеінавых кіслот ва ўнутрыклеткавых арганізмах, мы вырашылі вылучыць спрэчкі E. cuniculi з культур інфіцыраваных клетак млекакормячых, каб ачысціць іх рыбасомы і вызначыць структуру гэтых рыбасом.Атрымаць вялікую колькасць паразітарных мікраспарыі складана, таму што мікраспарыі нельга культываваць у пажыўным асяроддзі.Замест гэтага яны растуць і размнажаюцца толькі ўнутры клеткі-гаспадара.Такім чынам, каб атрымаць біямасу E. cuniculi для ачысткі рыбасом, мы заразілі лінію клетак нырак млекакормячых RK13 спрэчкамі E. cuniculi і культывавалі гэтыя заражаныя клеткі на працягу некалькіх тыдняў, каб дазволіць E. cuniculi расці і размнажацца.Выкарыстоўваючы монослой заражаных клетак плошчай каля паловы квадратнага метра, мы змаглі ачысціць каля 300 мг спрэчка Microsporidia і выкарыстоўваць іх для ізаляцыі рыбасом.Затым мы разбілі вычышчаныя спрэчкі шклянымі шарыкамі і вылучылі сырыя рыбасомы, выкарыстоўваючы паэтапнае фракцыянаванне лізатаў поліэтыленгліколем.Гэта дазволіла нам атрымаць прыкладна 300 мкг сырых рыбасом E. cuniculi для структурнага аналізу.
Затым мы сабралі выявы крыя-ЭМ з дапамогай атрыманых узораў рыбасом і апрацавалі гэтыя выявы з дапамогай масак, якія адпавядаюць вялікай субадзінцы рыбасомы, галоўцы малой субадзінкі і малой субадзінцы.Падчас гэтага працэсу мы сабралі выявы каля 108 000 рыбасомальных часціц і вылічылі крыя-ЭМ выявы з раздзяленнем 2,7 Å (дадатковыя малюнкі 1-3).Затым мы выкарыстоўвалі малюнкі cryoEM для мадэлявання рРНК, рыбасомнага бялку і фактару спячкі Mdf1, звязанага з рыбасомамі E. cuniculi (мал. 1а, б).
Структура рыбасомы E. cuniculi ў комплексе з фактарам спячкі Mdf1 (pdb id 7QEP).b Карта фактару спячкі Mdf1, звязанага з рыбасомай E. cuniculi.c Карта другаснай структуры, якая параўноўвае адноўленую рРНК у відаў Microsporidian з вядомымі рыбасомнымі структурамі.Панэлі паказваюць размяшчэнне ампліфікаваных фрагментаў рРНК (ES) і актыўных сайтаў рыбасом, уключаючы сайт дэкадавання (DC), сарцыніцынавую пятлю (SRL) і пептыдылтрансферазны цэнтр (PTC).d Электронная шчыльнасць, якая адпавядае пептыдылтрансферазнаму цэнтру рыбасомы E. cuniculi, сведчыць аб тым, што гэты каталітычны сайт мае аднолькавую структуру ў паразіта E. cuniculi і яго гаспадароў, уключаючы H. sapiens.e, f Адпаведная электронная шчыльнасць цэнтра дэкадавання (e) і схематычная структура цэнтра дэкадавання (f) паказваюць, што E. cuniculi мае рэшткі U1491 замест A1491 (нумарацыя E. coli) у многіх іншых эўкарыёт.Гэта змяненне сведчыць аб тым, што E. cuniculi можа быць адчувальны да антыбіётыкаў, накіраваных на гэты актыўны цэнтр.
У адрозненне ад раней устаноўленых структур рыбасом V. necatrix і P. locustae (абедзве структуры ўяўляюць адно і тое ж сямейства мікраспарыі Nosematidae і вельмі падобныя адна на адну), рыбасомы 31,32 E. cuniculi падвяргаюцца шматлікім працэсам фрагментацыі рРНК і бялку.Далейшая дэнатурацыя (дадатковыя малюнкі 4-6).У рРНК найбольш яркія змены ўключалі поўную страту ампліфікаванага фрагмента 25S рРНК ES12L і частковую дэгенерацыю спіраляў h39, h41 і H18 (мал. 1с, дадатковы малюнак 4).Сярод рыбасомных бялкоў найбольш яркія змены ўключалі поўную страту бялку eS30 і скарачэнне бялкоў eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17 і eS7 (дадатковыя малюнкі 4, 5).
Такім чынам, экстрэмальная рэдукцыя геномаў відаў Encephalotozoon/Ordospora адлюстроўваецца на іх структуры рыбасом: рыбасомы E. cuniculi адчуваюць найбольш драматычную страту ўтрымання бялку ў рыбасомах эўкарыятычнай цытаплазмы, якія падлягаюць структурнай характарыстыкі, і яны нават не маюць тых рРНК і бялковых фрагментаў, якія шырока захаваны не толькі ў эукарыёт, але і ў трох сферах жыцця.Структура рыбасомы E. cuniculi забяспечвае першую малекулярную мадэль гэтых змен і выяўляе эвалюцыйныя падзеі, якія не былі заўважаны як параўнальнай геномікай, так і даследаваннямі ўнутрыклеткавай біямалекулярнай структуры (дадатковы мал. 7).Ніжэй мы апісваем кожную з гэтых падзей разам з іх верагодным эвалюцыйным паходжаннем і патэнцыйным уплывам на функцыю рыбасом.
Затым мы выявілі, што ў дадатак да вялікіх абразаннях рРНК рыбасомы E. cuniculi маюць варыяцыі рРНК у адным з іх актыўных сайтаў.Хоць пептыдылтрансферазны цэнтр рыбасомы E. cuniculi мае тую ж структуру, што і іншыя рыбасомы эукарыёт (мал. 1d), цэнтр дэкадавання адрозніваецца з-за змены паслядоўнасці ў нуклеатыдзе 1491 (нумарацыя E. coli, мал. 1e, f).Гэта назіранне важна, таму што сайт дэкадавання эўкарыятычных рыбасом звычайна змяшчае рэшткі G1408 і A1491 у параўнанні з рэшткамі бактэрыяльнага тыпу A1408 і G1491.Гэтая варыяцыя ляжыць у аснове рознай адчувальнасці бактэрыяльных і эукарыятычных рыбасом да сямейства амінагліказідаў рыбасомальных антыбіётыкаў і іншых малых малекул, якія нацэлены на сайт дэкадавання.У месцы дэкадавання рыбасомы E. cuniculi астатак A1491 быў заменены на U1491, патэнцыйна ствараючы унікальны інтэрфейс звязвання для малых малекул, накіраваных на гэты актыўны сайт.Той жа варыянт A14901 таксама прысутнічае ў іншых мікраспарыі, такіх як P. locustae і V. necatrix, што сведчыць аб тым, што ён шырока распаўсюджаны сярод відаў мікраспарыі (мал. 1f).
Паколькі нашы ўзоры рыбасом E. cuniculi былі вылучаны з метабалічна неактыўных спрэчка, мы пратэставалі крыя-ЭМ карту E. cuniculi на раней апісанае звязванне рыбасом ва ўмовах стрэсу або галадання.Фактары спячкі 31,32,36,37, 38. Мы супаставілі раней усталяваную структуру спячай рыбасомы з крыя-ЭМ-картай рыбасомы E. cuniculi.Для стыкоўкі выкарыстоўваліся рыбасомы S. cerevisiae ў комплексе з фактарам спячкі Stm138, рыбасомы саранчы ў комплексе з фактарам Lso232 і рыбасомы V. necatrix у комплексе з фактарамі Mdf1 і Mdf231.У той жа час мы знайшлі шчыльнасць крыя-ЭМ, якая адпавядае фактару спакою Mdf1.Падобна звязванню Mdf1 з рыбасомай V. necatrix, Mdf1 таксама звязваецца з рыбасомай E. cuniculi, дзе ён блакуе сайт E рыбасомы, магчыма, дапамагаючы зрабіць рыбасомы даступнымі, калі спрэчкі паразіта становяцца метабалічна неактыўнымі пасля інактывацыі цела (малюнак 2).).
Mdf1 блакуе E-сайт рыбасомы, што, здаецца, дапамагае інактываваць рыбасому, калі спрэчкі паразітаў становяцца метабалічна неактыўнымі.У структуры рыбасомы E. cuniculi мы выявілі, што Mdf1 утварае раней невядомы кантакт са сцяблом рыбасомы L1, часткай рыбасомы, якая палягчае вызваленне дэацыляванай тРНК з рыбасомы падчас сінтэзу бялку.Гэтыя кантакты дазваляюць выказаць здагадку, што Mdf1 аддзяляецца ад рыбасомы, выкарыстоўваючы той жа механізм, што і дэцэтыляваная тРНК, што дае магчымае тлумачэнне таму, як рыбасома выдаляе Mdf1, каб рэактываваць сінтэз бялку.
Аднак наша структура выявіла невядомы кантакт паміж Mdf1 і ножкай рыбасомы L1 (частка рыбасомы, якая дапамагае вызваляць дэацыляваную тРНК з рыбасомы падчас сінтэзу бялку).У прыватнасці, Mdf1 выкарыстоўвае тыя ж кантакты, што і локцевы сегмент малекулы деацилированной тРНК (мал. 2).Гэта раней невядомае малекулярнае мадэляванне паказала, што Mdf1 аддзяляецца ад рыбасомы з дапамогай таго ж механізму, што і дэцэтыляваная тРНК, што тлумачыць, як рыбасома выдаляе гэты фактар ​​спячкі, каб рэактываваць сінтэз бялку.
Пры пабудове мадэлі рРНК мы выявілі, што рыбасома E. cuniculi мае анамальна згорнутыя фрагменты рРНК, якія мы назвалі злітымі рРНК (мал. 3).У рыбасомах, якія ахопліваюць тры дамены жыцця, рРНК згортваецца ў структуры, у якіх большасць асноў рРНК альбо згортваюцца паміж сабой, альбо ўзаемадзейнічаюць з рыбасомнымі вавёркамі 38,39,40.Аднак у рыбасомах E. cuniculi рРНК, падобна, парушаюць гэты прынцып згортвання, ператвараючы некаторыя з іх спіраляў у разгорнутыя ўчасткі рРНК.
Структура спіралі H18 25S рРНК у S. cerevisiae, V. necatrix і E. cuniculi.Як правіла, у рыбасомах, якія ахопліваюць тры дамены жыцця, гэты лінкер скручваецца ў спіраль РНК, якая змяшчае ад 24 да 34 астаткаў.У Microsporidia, наадварот, гэты лінкер рРНК паступова рэдукуецца да двух адналанцуговых лінкераў, багатых урыдынам, якія змяшчаюць толькі 12 рэшткаў.Большасць гэтых рэшткаў падвяргаецца ўздзеянню растваральнікаў.На малюнку відаць, што паразітарныя мікраспарыі, здаецца, парушаюць агульныя прынцыпы згортвання рРНК, дзе асновы рРНК звычайна злучаюцца з іншымі асновамі або ўдзельнічаюць ва ўзаемадзеянні рРНК-бялок.У мікраспарыі некаторыя фрагменты рРНК складаюцца ў нявыгадную зморшчыну, пры якой ранейшая спіраль рРНК ператвараецца ў адналанцуговы фрагмент, выцягнуты амаль па прамой лініі.Наяўнасць гэтых незвычайных абласцей дазваляе рРНК мікраспарыі звязваць аддаленыя фрагменты рРНК з выкарыстаннем мінімальнай колькасці падстаў РНК.
Найбольш яркі прыклад гэтага эвалюцыйнага пераходу можна назіраць у спіралі H18 25S рРНК (мал. 3).У відаў ад E. coli да чалавека асновы гэтай спіралі рРНК утрымліваюць 24-32 нуклеатыдаў, утвараючы злёгку няправільную спіраль.У раней ідэнтыфікаваных рыбасомальных структурах з V. necatrix і P. locustae 31, 32 падставы спіралі H18 часткова раскручаны, але спарванне нуклеатыдных падстаў захоўваецца.Аднак у E. cuniculi гэты фрагмент рРНК становіцца самымі кароткімі лінкерамі 228UUUGU232 і 301UUUUUUUUU307.У адрозненне ад тыповых фрагментаў рРНК, гэтыя багатыя урыдынам лінкеры не скручваюцца і не ўступаюць у шырокі кантакт з рыбасомнымі вавёркамі.Замест гэтага яны прымаюць адкрытыя для растваральніка і цалкам разгорнутыя структуры, у якіх ланцугі рРНК выцягнуты амаль прама.Гэтая расцягнутая канфармацыя тлумачыць, як E. cuniculi выкарыстоўвае толькі 12 асноў РНК, каб запоўніць прамежак у 33 Å паміж спіралямі рРНК H16 і H18, у той час як іншым відам патрабуецца як мінімум у два разы больш асноў рРНК, каб запоўніць прабел.
Такім чынам, мы можам прадэманстраваць, што праз энергетычна неспрыяльнае згортванне паразітарныя мікраспарыі распрацавалі стратэгію скарачэння нават тых сегментаў рРНК, якія застаюцца ў цэлым кансерватыўнымі ў розных відаў у трох сферах жыцця.Па-відаць, назапашваючы мутацыі, якія трансфармуюць спіралі рРНК ў кароткія полі-U-линкеры, E. cuniculi можа ўтвараць незвычайныя фрагменты рРНК, якія змяшчаюць як мага менш нуклеатыдаў для перавязкі дыстальных фрагментаў рРНК.Гэта дапамагае растлумачыць, як мікраспарыі дасягнулі рэзкага зніжэння сваёй асноўнай малекулярнай структуры без страты сваёй структурнай і функцыянальнай цэласнасці.
Яшчэ адной незвычайнай асаблівасцю рРНК E. cuniculi з'яўляецца з'яўленне рРНК без патаўшчэнняў (мал. 4).Выпукласці - гэта нуклеатыды без пар асноў, якія выкручваюцца са спіралі РНК, а не хаваюцца ў ёй.Большасць выступаў рРНК дзейнічаюць як малекулярныя клеі, дапамагаючы звязваць суседнія рыбасомныя вавёркі або іншыя фрагменты рРНК.Некаторыя з выпукласцяў дзейнічаюць як шарніры, дазваляючы спіралі рРНК аптымальна згінацца і згортвацца для прадуктыўнага сінтэзу бялку 41 .
a Выпінанне рРНК (нумарацыя S. cerevisiae) адсутнічае ў структуры рыбасомы E. cuniculi, але прысутнічае ў большасці іншых эўкарыёт b Унутраныя рыбасомы E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens і E. cuniculi.у паразітаў адсутнічаюць многія старажытныя, высокакансерватыўныя выпукласці рРНК.Гэтыя патаўшчэнні стабілізуюць структуру Рыбасомы;таму іх адсутнасць у мікраспарыі паказвае на паніжаную стабільнасць згортвання рРНК у паразітаў мікраспарыі.Параўнанне са сцебламі P (сцеблы L7/L12 у бактэрый) паказвае, што страта выпукласцяў рРНК часам супадае са з'яўленнем новых выпукласцяў побач са страчанымі выпукласцямі.Спіраль H42 у 23S/28S рРНК мае старажытную выпукласць (U1206 у Saccharomyces cerevisiae), узрост якой ацэньваецца як мінімум у 3,5 мільярда гадоў з-за яе абароны ў трох сферах жыцця.Пры мікраспарыі гэта выпукласць ліквідавана.Аднак новая выпукласць з'явілася побач са страчанай (A1306 у E. cuniculi).
Дзіўна, але мы выявілі, што ў рыбасомах E. cuniculi адсутнічае большасць выпукласцяў рРНК, якія сустракаюцца ў іншых відаў, у тым ліку больш за 30 выпукласцяў, захаваных у іншых эукарыёт (мал. 4а).Гэтая страта ліквідуе многія кантакты паміж субадзінак рыбасом і сумежнымі спіралямі рРНК, часам ствараючы вялікія полыя пустэчы ўнутры рыбасомы, што робіць рыбасому E. cuniculi больш кіпрай у параўнанні з больш традыцыйнымі рыбасомамі (мал. 4b).Характэрна, што мы выявілі, што большасць гэтых выпукласцяў таксама былі страчаны ў раней ідэнтыфікаваных рыбасомных структурах V. necatrix і P. locustae, якія не былі заўважаны ў папярэднім структурным аналізе 31,32.
Часам страта выпукласцяў рРНК суправаджаецца развіццём новых выпукласцяў побач са страчаным выпукласці.Напрыклад, рыбасомны Р-сцябло змяшчае выпукласць U1208 (у Saccharomyces cerevisiae), які захаваўся ад кішачнай палачкі да чалавека, і таму яго ўзрост ацэньваецца ў 3,5 мільярда гадоў.Падчас сінтэзу бялку гэтая выпукласць дапамагае ствалу Р перамяшчацца паміж адкрытай і закрытай канфармацыямі, каб рыбасома магла набіраць фактары трансляцыі і дастаўляць іх у актыўны сайт.У рыбасом E. cuniculi гэтае патаўшчэнне адсутнічае;аднак новае патаўшчэнне (G883), размешчанае толькі ў трох парах падстаў, можа спрыяць аднаўленню аптымальнай гнуткасці сцябла Р (мал. 4в).
Нашы дадзеныя аб рРНК без выпукласцяў паказваюць, што мінімізацыя рРНК не абмяжоўваецца стратай элементаў рРНК на паверхні рыбасомы, але можа таксама ўключаць ядро ​​рыбасомы, ствараючы спецыфічны для паразіта малекулярны дэфект, які не быў апісаны ў свабодна жывых клетках.назіраюцца жывыя віды.
Пасля мадэлявання кананічных рыбасомных бялкоў і рРНК мы выявілі, што звычайныя рыбасомныя кампаненты не могуць растлумачыць тры часткі выявы крыя-ЭМ.Два з гэтых фрагментаў з'яўляюцца малымі малекуламі (мал. 5, дадатковы малюнак 8).Першы сегмент заціснуты паміж рыбасомнымі вавёркамі uL15 і eL18 у становішчы, якое звычайна займае С-канец eL18, які скарочаны ў E. cuniculi.Хоць мы не можам вызначыць ідэнтычнасць гэтай малекулы, памер і форма гэтага астраўка шчыльнасці добра тлумачыцца прысутнасцю малекул спермідыну.Яго звязванне з рыбасомай стабілізуецца спецыфічнымі для мікраспарыі мутацыямі ў вавёрках uL15 (Asp51 і Arg56), якія, па-відаць, павялічваюць сродство рыбасомы да гэтай маленькай малекулы, паколькі дазваляюць uL15 загарнуць малекулу ў рыбасомную структуру.Дадатковы малюнак 2).8, дадатковыя даныя 1, 2).
Cryo-EM візуалізацыя, якая паказвае наяўнасць нуклеатыдаў па-за рыбозай, звязанай з рыбасомай E. cuniculi.У рыбасоме E. cuniculi гэты нуклеатыд займае тое ж месца, што і нуклеатыд 25S рРНК A3186 (нумарацыя Saccharomyces cerevisiae) у большасці іншых эукарыётычных рыбасом.b У рыбасомнай структуры E. cuniculi гэты нуклеатыд размешчаны паміж рыбасомнымі вавёркамі uL9 і eL20, тым самым стабілізуючы кантакт паміж двума вавёркамі.Аналіз захавання паслядоўнасці cd eL20 сярод відаў мікраспарыі.Філагенетычнае дрэва відаў Microsporidia (c) і множнае выраўноўванне паслядоўнасці бялку eL20 (d) паказваюць, што рэшткі F170 і K172, якія звязваюць нуклеатыды, захаваны ў большасці тыповых Microsporidia, за выключэннем S. lophii, за выключэннем мікраспарыі ранняга разгалінавання, якая захавала пашырэнне рРНК ES39L.e Гэты малюнак паказвае, што нуклеатыд-звязваючыя рэшткі F170 і K172 прысутнічаюць толькі ў eL20 геному моцна рэдукаванай мікраспарыі, але не ў іншых эўкарыёт.У цэлым гэтыя дадзеныя сведчаць аб тым, што рыбасомы мікраспарыі распрацавалі сайт звязвання нуклеатыдаў, які, здаецца, звязвае малекулы АМФ і выкарыстоўвае іх для стабілізацыі бялкова-бялковых узаемадзеянняў у рыбасомнай структуры.Высокая захаванасць гэтага месца звязвання ў мікраспарыі і яго адсутнасць у іншых эўкарыёт сведчыць аб тым, што гэты сайт можа забяспечваць выбарачную перавагу для выжывання мікраспарыі.Такім чынам, кішэнь, якая звязвае нуклеатыды ў рыбасоме мікраспарыі, здаецца, не з'яўляецца дэгенератыўнай асаблівасцю або канчатковай формай дэградацыі рРНК, як апісана раней, а хутчэй карыснай эвалюцыйнай навінкай, якая дазваляе рыбасоме мікраспарыі непасрэдна звязваць малыя малекулы, выкарыстоўваючы іх у якасці малекулярных будаўнічых блокаў.будаўнічыя матэрыялы для рыбасом.Гэта адкрыццё робіць рыбасому мікраспарыі адзінай вядомай рыбасомай, якая выкарыстоўвае адзін нуклеатыд у якасці структурнага блока.f Гіпатэтычны эвалюцыйны шлях, атрыманы ад звязвання нуклеатыдаў.
Другая шчыльнасць нізкай малекулярнай масы размешчана на мяжы паміж рыбасомнымі вавёркамі uL9 і eL30 (мал. 5а).Гэты інтэрфейс быў раней апісаны ў структуры рыбасомы Saccharomyces cerevisiae як сайт звязвання для нуклеатыду 25S рРНК A3186 (частка пашырэння рРНК ES39L)38.Было паказана, што ў дэгенератыўных рыбасомах ES39L P. locustae гэты інтэрфейс звязвае невядомы адзіночны нуклеатыд 31, і мяркуецца, што гэты нуклеатыд з'яўляецца рэдукаванай канчатковай формай рРНК, у якой даўжыня рРНК складае ~130-230 падстаў.ES39L аднаўляецца да аднаго нуклеатыду 32,43.Нашы выявы крыя-ЭМ пацвярджаюць ідэю, што шчыльнасць можна растлумачыць нуклеатыдамі.Аднак больш высокае дазвол нашай структуры паказала, што гэты нуклеатыд з'яўляецца внерибосомальной малекулай, магчыма, АМФ (мал. 5а, б).
Затым мы спыталі, ці з'явіўся сайт звязвання нуклеатыдаў у рыбасоме E. cuniculi або ён існаваў раней.Паколькі звязванне нуклеатыдаў у асноўным апасродкавана рэшткамі Phe170 і Lys172 у рыбасомным бялку eL30, мы ацанілі захаванасць гэтых рэшткаў у 4396 рэпрэзентатыўных эукарыёт.Як і ў выпадку з uL15 вышэй, мы выявілі, што рэшткі Phe170 і Lys172 высокакансерватыўныя толькі ў тыповых мікраспарыі, але адсутнічаюць у іншых эукарыёт, уключаючы атыповыя мікраспарыі Mitosporidium і Amphiamblys, у якіх фрагмент рРНК ES39L не рэдукаваны 44, 45, 46 (мал. 5c).-д).
У сукупнасці гэтыя дадзеныя пацвярджаюць ідэю аб тым, што E. cuniculi і, магчыма, іншыя кананічныя мікраспарыі развілі здольнасць эфектыўна захопліваць вялікую колькасць дробных метабалітаў у структуры рыбасом, каб кампенсаваць зніжэнне ўзроўню рРНК і бялку.Робячы гэта, яны распрацавалі унікальную здольнасць звязваць нуклеатыды па-за рыбасомы, паказваючы, што паразітычныя малекулярныя структуры кампенсуюць гэта шляхам захопу вялікай колькасці дробных метабалітаў і выкарыстання іх у якасці структурнай мімікі дэградаваных фрагментаў РНК і бялку..
Трэцяя немадэляваная частка нашай крыя-ЭМ карты, знойдзеная ў вялікай рыбасомнай субадзінцы.Адносна высокае раздзяленне (2,6 Å) нашай карты сведчыць аб тым, што гэтая шчыльнасць належыць вавёркам з унікальнымі камбінацыямі вялікіх рэшткаў бакавых ланцугоў, што дазволіла нам ідэнтыфікаваць гэтую шчыльнасць як раней невядомы рыбасомны бялок, які мы ідэнтыфікавалі як Ён быў названы msL2 (спецыфічны для мікраспарыі бялок L2) (метады, малюнак 6).Наш пошук па гамалогіі паказаў, што msL2 захоўваецца ў клады мікраспарыі роду Encephaliter і Orosporidium, але адсутнічае ў іншых відаў, у тым ліку іншых мікраспарыдый.У рыбасомнай структуры msL2 займае шчыліну, утвораную стратай пашыранай рРНК ES31L.У гэтай пустэчы msL2 дапамагае стабілізаваць згортванне рРНК і можа кампенсаваць страту ES31L (малюнак 6).
Электронная шчыльнасць і мадэль спецыфічнага для мікраспарыі рыбасомнага бялку msL2, знойдзенага ў рыбасомах E. cuniculi.b Большасць эукарыятычных рыбасом, у тым ліку рыбасома 80S Saccharomyces cerevisiae, страчваюць ампліфікацыю рРНК ES19L у большасці відаў мікраспарыі.Устаноўленая раней структура рыбасомы мікраспарыі V. necatrix сведчыць аб тым, што страта ES19L у гэтых паразітаў кампенсуецца эвалюцыяй новага рыбасомнага бялку msL1.У гэтым даследаванні мы выявілі, што рыбасома E. cuniculi таксама выпрацавала дадатковы бялок, які імітуе рыбасомальную РНК, у якасці відавочнай кампенсацыі страты ES19L.Аднак msL2 (у цяперашні час анатаваны як гіпатэтычны бялок ECU06_1135) і msL1 маюць рознае структурнае і эвалюцыйнае паходжанне.c Гэта адкрыццё генерацыі эвалюцыйна не звязаных рыбасомных бялкоў msL1 і msL2 сведчыць аб тым, што калі рыбасомы назапашваюць шкодныя мутацыі ў сваёй рРНК, яны могуць дасягнуць беспрэцэдэнтнага ўзроўню разнастайнасці складу нават у невялікай падмностве блізкароднасных відаў.Гэта адкрыццё можа дапамагчы растлумачыць паходжанне і эвалюцыю мітахандрыяльнай рыбасомы, якая вядомая сваёй моцна зніжанай рРНК і анамальнай зменлівасцю бялковага складу ў розных відаў.
Затым мы параўналі бялок msL2 з раней апісаным бялком msL1, адзіным вядомым рыбасомным бялком, спецыфічным для мікраспарыі, знойдзеным у рыбасоме V. necatrix.Мы хацелі праверыць, ці звязаны msL1 і msL2 эвалюцыйна.Наш аналіз паказаў, што msL1 і msL2 займаюць адну і тую ж паражніну ў рыбасомнай структуры, але маюць розныя першасную і троесную структуры, што паказвае на іх незалежнае эвалюцыйнае паходжанне (мал. 6).Такім чынам, наша адкрыццё msL2 дае доказ таго, што групы кампактных відаў эўкарыётаў могуць самастойна развіваць структурна адрозныя рыбасомныя вавёркі, каб кампенсаваць страту фрагментаў рРНК.Гэтая знаходка характэрная тым, што большасць цытаплазматычных эўкарыятычных рыбасом змяшчае інварыянтны бялок, уключаючы тое ж сямейства з 81 рыбасомнага бялку.З'яўленне msL1 і msL2 у розных кладах мікраспарыі ў адказ на страту пашыраных сегментаў рРНК сведчыць аб тым, што дэградацыя малекулярнай архітэктуры паразіта прымушае паразітаў шукаць кампенсаторныя мутацыі, якія ў канчатковым выніку могуць прывесці да іх набыцця ў розных папуляцыях паразітаў.збудаванні.
Нарэшце, калі наша мадэль была завершана, мы параўналі склад рыбасомы E. cuniculi з прадказаным з паслядоўнасці геному.Раней лічылася, што некалькі рыбасомных бялкоў, у тым ліку eL14, eL38, eL41 і eS30, адсутнічаюць у геноме E. cuniculi з-за відавочнай адсутнасці іх гамолагаў у геноме E. cuniculi.Страта многіх рыбасомных бялкоў таксама прагназуецца ў большасці іншых моцна рэдукаваных ўнутрыклеткавых паразітаў і эндасімбіёнтаў.Напрыклад, хоць большасць свабодна жывучых бактэрый утрымліваюць адно і тое ж сямейства з 54 рыбасомных бялкоў, толькі 11 з гэтых сямействаў бялкоў маюць выяўленыя гамолагі ў кожным аналізаваным геноме бактэрый з абмежаваным уздзеяннем гаспадара.У пацверджанне гэтага меркавання страта рыбасомных бялкоў была эксперыментальна выяўлена ў мікраспарыі V. necatrix і P. locustae, у якіх адсутнічаюць вавёркі eL38 і eL4131,32.
Аднак нашы структуры паказваюць, што толькі eL38, eL41 і eS30 фактычна страчаны ў рыбасоме E. cuniculi.Бялок eL14 быў захаваны, і наша структура паказала, чаму гэты бялок не можа быць знойдзены пры пошуку гамалогіі (мал. 7).У рыбасомах E. cuniculi большая частка сайта звязвання eL14 губляецца з-за дэградацыі ES39L, узмоцненай рРНК.У адсутнасць ES39L eL14 страціў большую частку сваёй другаснай структуры, і толькі 18% паслядоўнасці eL14 былі ідэнтычныя ў E. cuniculi і S. cerevisiae.Такое дрэннае захаванне паслядоўнасці з'яўляецца выдатным, таму што нават Saccharomyces cerevisiae і Homo sapiens - арганізмы, якія эвалюцыянавалі з інтэрвалам у 1,5 мільярда гадоў адзін ад аднаго - маюць больш чым 51% аднолькавых рэшткаў у eL14.Гэтая анамальная страта захаванасці тлумачыць, чаму E. cuniculi eL14 у цяперашні час анатаваны як меркаваны бялок M970_061160, а не як рыбасомны бялок eL1427.
і рыбасома Microsporidia страціла пашырэнне рРНК ES39L, што часткова ліквідавала сайт звязвання рыбасомнага бялку eL14.Пры адсутнасці ES39L бялок мікраспарыі eL14 падвяргаецца страце другаснай структуры, у якой ранейшая α-спіраль, якая звязвае рРНК, выраджаецца ў пятлю мінімальнай даўжыні.b Множнае выраўноўванне паслядоўнасцей паказвае, што бялок eL14 высока кансерватыўны ў эукарыятычных відаў (57% ідэнтычнасці паслядоўнасці паміж гамолагамі дрожджаў і чалавека), але дрэнна кансерватыўны і адрозніваецца ў мікраспарыі (у якіх не больш за 24% рэшткаў ідэнтычныя гамолагам eL14).ад S. cerevisiae або H. sapiens).Гэта дрэннае захаванне паслядоўнасці і зменлівасць другаснай структуры тлумачыць, чаму гамолаг eL14 ніколі не быў знойдзены ў E. cuniculi і чаму гэты бялок лічыцца страчаным у E. cuniculi.Наадварот, E. cuniculi eL14 раней анатаваўся як меркаваны бялок M970_061160.Гэта назіранне сведчыць аб тым, што разнастайнасць геному мікраспарыі ў цяперашні час пераацэньваецца: некаторыя гены, якія ў цяперашні час лічацца страчанымі ў мікраспарыі, на самай справе захаваліся, хоць і ў вельмі дыферэнцыраваных формах;замест гэтага, як мяркуюць, некаторыя з іх кадуюць гены мікраспарыі для спецыфічных для чарвякоў бялкоў (напрыклад, гіпатэтычны бялок M970_061160), насамрэч кадуючых вельмі разнастайныя вавёркі, знойдзеныя ў іншых эукарыёт.
Гэта адкрыццё сведчыць аб тым, што дэнатурацыя рРНК можа прывесці да рэзкай страты захавання паслядоўнасці ў суседніх рыбасомальных вавёрках, робячы гэтыя вавёркі невыяўнымі для пошуку па гамалогіі.Такім чынам, мы можам пераацаніць фактычную ступень малекулярнай дэградацыі ў малых геномных арганізмах, паколькі некаторыя вавёркі, якія лічыліся страчанымі, насамрэч захоўваюцца, хоць і ў моцна змененых формах.
Як паразіты могуць захаваць функцыю сваіх малекулярных машын ва ўмовах экстрэмальнага скарачэння геному?Наша даследаванне дае адказ на гэтае пытанне, апісваючы складаную малекулярную структуру (рыбасому) E. cuniculi, арганізма з адным з самых маленькіх эукарыётычных геномаў.
Ужо амаль два дзесяцігоддзі вядома, што малекулы бялку і РНК у мікробных паразітах часта адрозніваюцца ад сваіх гамалагічных малекул у вольнажывучых відаў, таму што ў іх адсутнічаюць цэнтры кантролю якасці, іх памер памяншаецца да 50% ад іх памеру ў вольнажывучых мікробаў і г.д.шмат знясільваючых мутацый, якія пагаршаюць згортванне і функцыянаванне.Напрыклад, чакаецца, што ў рыбасомах малых геномных арганізмаў, у тым ліку многіх ўнутрыклеткавых паразітаў і эндасімбіёнтаў, адсутнічаюць некалькі рыбасомных бялкоў і да адной траціны нуклеатыдаў рРНК у параўнанні са свабоднажывучымі відамі 27, 29, 30, 49. Аднак тое, як гэтыя малекулы функцыянуюць у паразітах, застаецца ў значнай ступені загадкай, вывучаецца ў асноўным з дапамогай параўнальнай геномікі.
Наша даследаванне паказвае, што структура макрамалекул можа выявіць многія аспекты эвалюцыі, якія цяжка вылучыць з традыцыйных параўнальных геномных даследаванняў унутрыклеткавых паразітаў і іншых арганізмаў з абмежаванымі гаспадарамі (дадатковы мал. 7).Напрыклад, прыклад бялку eL14 паказвае, што мы можам пераацаніць фактычную ступень дэградацыі малекулярнага апарата ў паразітычных відаў.Лічыцца, што энцэфалітычныя паразіты маюць сотні спецыфічных для мікраспарыі генаў.Аднак нашы вынікі паказваюць, што некаторыя з гэтых, здавалася б, спецыфічных генаў на самай справе з'яўляюцца вельмі рознымі варыянтамі генаў, якія часта сустракаюцца ў іншых эўкарыёт.Больш за тое, прыклад бялку msL2 паказвае, як мы не заўважаем новых рыбасомных бялкоў і недаацэньваем змест паразітарных малекулярных машын.Прыклад малых малекул паказвае, як мы можам не заўважыць самыя геніяльныя новаўвядзенні ў паразітычных малекулярных структурах, якія могуць надаць ім новую біялагічную актыўнасць.
У сукупнасці гэтыя вынікі паляпшаюць наша разуменне адрозненняў паміж малекулярнымі структурамі арганізмаў-гаспадароў і іх аналагаў у свабоднажывучых арганізмах.Мы паказваем, што малекулярныя машыны, якія доўгі час лічыліся рэдукаванымі, выраджанымі і падвергнутымі розным знясільваючым мутацыям, замест гэтага маюць набор сістэматычна забытых незвычайных структурных асаблівасцей.
З іншага боку, аб'ёмныя фрагменты рРНК і злітыя фрагменты, якія мы знайшлі ў рыбасомах E. cuniculi, сведчаць аб тым, што рэдукцыя геному можа змяніць нават тыя часткі асноўнага малекулярнага механізму, якія захаваліся ў трох сферах жыцця - амаль праз 3,5 мільярда гадоў.самастойная эвалюцыя відаў.
Фрагменты рРНК без выпукласці і злітыя ў рыбасомах E. cuniculi ўяўляюць асаблівую цікавасць у святле папярэдніх даследаванняў малекул РНК у эндосимбиотических бактэрыях.Напрыклад, было паказана, што ў эндасімбіёнта тлі Buchnera aphidicola малекулы рРНК і тРНК маюць адчувальныя да тэмпературы структуры з-за зрушэння складу A+T і высокай долі некананічных пар асноў20,50.Лічыцца, што гэтыя змены ў РНК, а таксама змены ў бялковых малекулах адказваюць за празмерную залежнасць эндасімбіёнтаў ад партнёраў і няздольнасць эндасімбіёнтаў перадаваць цяпло 21, 23 .Хоць рРНК паразітарнай мікраспарыі мае структурна адрозныя змены, характар ​​гэтых змен сведчыць аб тым, што зніжэнне тэрмічнай стабільнасці і больш высокая залежнасць ад бялкоў-шаперонаў могуць быць агульнымі асаблівасцямі малекул РНК у арганізмах з паменшанымі геномамі.
З іншага боку, нашы структуры паказваюць, што мікраспарыі паразітаў развілі унікальную здольнасць супрацьстаяць шырокім кансерватыўным фрагментам рРНК і бялку, развіваючы здольнасць выкарыстоўваць багатыя і лёгкадаступныя дробныя метабаліты ў якасці структурнай імітацыі дэгенератыўных фрагментаў рРНК і бялку.Дэградацыя малекулярнай структуры..Гэта меркаванне пацвярджаецца тым фактам, што малыя малекулы, якія кампенсуюць страту бялковых фрагментаў у рРНК і Рыбасомы E. cuniculi, звязваюцца са спецыфічнымі для мікраспарыі рэшткамі ў вавёрках uL15 і eL30.Гэта дазваляе выказаць здагадку, што звязванне малых малекул з рыбасомамі можа быць прадуктам пазітыўнага адбору, пры якім спецыфічныя для мікраспарыі мутацыі ў рыбасомальных вавёрках былі выбраны з-за іх здольнасці павялічваць сродства рыбасом да малых малекул, што можа прывесці да больш эфектыўных рыбасомных арганізмаў.Адкрыццё выяўляе разумную інавацыю ў малекулярнай структуры мікробных паразітаў і дае нам лепшае разуменне таго, як малекулярныя структуры паразітаў захоўваюць сваю функцыю, нягледзячы на ​​рэдукцыйную эвалюцыю.
У цяперашні час ідэнтыфікацыя гэтых малых малекул застаецца незразумелай.Незразумела, чаму знешні выгляд гэтых малых малекул у рыбасомнай структуры адрозніваецца ў розных відаў мікраспарыі.У прыватнасці, незразумела, чаму звязванне нуклеатыдаў назіраецца ў рыбасомах E. cuniculi і P. locustae, а не ў рыбасомах V. necatrix, нягледзячы на ​​наяўнасць астатку F170 у вавёрках eL20 і K172 V. necatrix.Гэтая дэлецыя можа быць выклікана астаткам 43 uL6 (размешчаным побач з кішэняй звязвання нуклеатыдаў), які з'яўляецца тыразінам у V. necatrix, а не трэанінам у E. cuniculi і P. locustae.Аб'ёмны араматычны бакавы ланцуг Tyr43 можа перашкаджаць звязванню нуклеатыдаў з-за стэрычнага перакрыцця.У якасці альтэрнатывы відавочная дэлецыя нуклеатыдаў можа быць звязана з нізкім дазволам крыя-ЭМ візуалізацыі, што перашкаджае мадэляванню рыбасомальных фрагментаў V. necatrix.
З іншага боку, наша праца паказвае, што працэс распаду геному можа быць вынаходніцкай сілай.У прыватнасці, структура рыбасомы E. cuniculi сведчыць аб тым, што страта рРНК і бялковых фрагментаў у рыбасоме мікраспарыі стварае эвалюцыйны ціск, які спрыяе зменам у структуры рыбасомы.Гэтыя варыянты адбываюцца далёка ад актыўнага цэнтра рыбасомы і, па-відаць, дапамагаюць падтрымліваць (або аднаўляць) аптымальную зборку рыбасомы, якая ў адваротным выпадку была б парушана паніжанай рРНК.Гэта сведчыць аб тым, што галоўная інавацыя рыбасомы мікраспарыі, відаць, ператварылася ў неабходнасць буферызацыі дрэйфу генаў.
Магчыма, лепш за ўсё гэта ілюструецца звязваннем нуклеатыдаў, якое да гэтага часу ніколі не назіралася ў іншых арганізмаў.Той факт, што рэшткі звязвання нуклеатыдаў прысутнічаюць у тыповых мікраспарыі, але не ў іншых эукарыёт, сведчыць аб тым, што сайты звязвання нуклеатыдаў - гэта не проста рэшткі, якія чакаюць свайго знікнення, або канчатковае месца для аднаўлення рРНК у форме асобных нуклеатыдаў.Замест гэтага гэты сайт здаецца карыснай функцыяй, якая магла развіцца на працягу некалькіх раундаў станоўчага адбору.Месцы звязвання нуклеатыдаў могуць быць пабочным прадуктам натуральнага адбору: як толькі ES39L дэградуе, мікраспарыі вымушаныя шукаць кампенсацыі для аднаўлення аптымальнага біягенезу рыбасом у адсутнасць ES39L.Паколькі гэты нуклеатыд можа імітаваць малекулярныя кантакты нуклеатыду A3186 у ES39L, малекула нуклеатыду становіцца будаўнічым блокам рыбасомы, звязванне якой дадаткова паляпшаецца за кошт мутацыі паслядоўнасці eL30.
Што тычыцца малекулярнай эвалюцыі ўнутрыклеткавых паразітаў, наша даследаванне паказвае, што сілы дарвінаўскага натуральнага адбору і генетычнага дрэйфу распаду геному не дзейнічаюць паралельна, а вагаюцца.Па-першае, генетычны дрэйф ліквідуе важныя характарыстыкі біямалекул, што робіць кампенсацыю вельмі неабходнай.Толькі калі паразіты задаволяць гэтую патрэбу праз дарвінаўскі натуральны адбор, іх макрамалекулы атрымаюць шанец развіць свае найбольш уражлівыя і наватарскія рысы.Важна адзначыць, што эвалюцыя сайтаў звязвання нуклеатыдаў у рыбасоме E. cuniculi дазваляе выказаць здагадку, што гэтая мадэль малекулярнай эвалюцыі з узаемнымі стратамі не толькі амартызуе шкодныя мутацыі, але часам надзяляе цалкам новыя функцыі паразітычных макрамалекул.
Гэтая ідэя адпавядае тэорыі рухомай раўнавагі Сьюэлла Райта, якая сцвярджае, што строгая сістэма натуральнага адбору абмяжоўвае здольнасць арганізмаў да інавацый51,52,53.Аднак, калі генетычны дрэйф парушае натуральны адбор, гэтыя дрэйфы могуць выклікаць змены, якія самі па сабе не з'яўляюцца адаптыўнымі (ці нават шкоднымі), але прыводзяць да далейшых змен, якія забяспечваюць больш высокую прыдатнасць або новую біялагічную актыўнасць.Наша структура падтрымлівае гэтую ідэю, ілюструючы, што той самы тып мутацыі, які памяншае зморшчыну і функцыю біямалекулы, здаецца, з'яўляецца галоўным трыгерам для яе паляпшэння.У адпаведнасці з бяспройгрышнай эвалюцыйнай мадэллю, наша даследаванне паказвае, што распад геному, які традыцыйна разглядаецца як дэгенератыўны працэс, таксама з'яўляецца асноўным рухавіком інавацый, часам і, магчыма, нават часта дазваляючы макрамалекулам набываць новыя паразітарныя дзеянні.можа выкарыстоўваць іх.