Tapadh leibh airson tadhal air Nature.com.Chan eil ach beagan taic CSS aig an tionndadh brobhsair a tha thu a’ cleachdadh.Airson an eòlas as fheàrr, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu brobhsair ùraichte (no cuir à comas Modh Co-chòrdalachd ann an Internet Explorer).Anns an eadar-ama, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, bheir sinn seachad an làrach gun stoidhlichean agus JavaScript.
Tha mean-fhàs de dhìosganaich microbial a’ toirt a-steach cuir an-aghaidh taghadh nàdarra, a dh’ adhbhraicheas dìosganaich a thighinn air adhart, agus gluasad ginteil, a dh’ adhbhraicheas dìosganaich ginean a chall agus mùthaidhean millteach a chruinneachadh.An seo, gus tuigse fhaighinn air mar a tha am frith-bhualadh seo a’ tachairt air sgèile aon macromolecule, tha sinn a’ toirt cunntas air structar cryo-EM an ribosome de Encephalitozoon cuniculi, fàs-bheairt eukaryotic le aon de na genomes as lugha ann an nàdar.An cois an lùghdachadh mòr de rRNA ann an ribosomes E. cuniculi tha atharrachaidhean structarail nach fhacas a-riamh, leithid mean-fhàs de luchd-ceangail rRNA ceangailte roimhe seo agus rRNA às aonais buillean.A bharrachd air an sin, thàinig an ribosome E. cuniculi beò às deidh call mìrean rRNA agus pròtanan le bhith a’ leasachadh comas moileciuilean beaga a chleachdadh mar atharrais structarail de mhìrean rRNA truaillte agus pròtanan.Gu h-iomlan, tha sinn a’ sealltainn gu bheil grunn dhòighean dìolaidh aig structaran moileciuil a bhathas an dùil o chionn fhada a bhith air an lughdachadh, air crìonadh, agus le ùmhlachd do mhùthaidhean millteach a chumas iad gnìomhach a dh’ aindeoin fìor ghiorrachaidhean moileciuil.
Leis gu bheil innealan moileciuil gun samhail aig a’ mhòr-chuid de bhuidhnean de dhìosganaich microbial gus brath a ghabhail air na h-aoighean aca, gu tric feumaidh sinn leigheas-leigheis eadar-dhealaichte a leasachadh airson diofar bhuidhnean de dhìosganaich1,2.Ach, tha fianais ùr a’ nochdadh gu bheil cuid de thaobhan de mean-fhàs dìosganach co-thaobhach agus gu ìre mhòr ro-innseach, a’ nochdadh bunait a dh’ fhaodadh a bhith ann airson eadar-theachdan farsaing teirpeach ann am parasites microbial3,4,5,6,7,8,9.
Tha obair roimhe seo air gluasad mean-fhàs cumanta a chomharrachadh ann am parasitean microbial ris an canar lughdachadh genome no lobhadh genome10,11,12,13.Tha rannsachadh gnàthach a’ sealltainn, nuair a bhios meanbh-fhàs-bheairtean a’ leigeil seachad an dòigh-beatha shaor agus a’ fàs nan dìosganaich intracellular (no endosymbionts), bidh na genomes aca a’ dol tro metamorphoses slaodach ach iongantach thairis air milleanan de bhliadhnaichean9,11.Ann am pròiseas ris an canar lobhadh genome, bidh dìosganaich microbial a’ cruinneachadh mùthaidhean millteach a thionndaidheas mòran ghinean a bha cudromach roimhe gu pseudogenes, a’ leantainn gu call gine mean air mhean agus tuiteam mutational14,15.Faodaidh an tuiteam seo sgrios a dhèanamh air suas ri 95% de na ginean anns na fàs-bheairtean intracellular as sine an taca ri gnèithean saor-beò a tha dlùth cheangailte riutha.Mar sin, tha mean-fhàs dìosganaich intracellular na tharraing-cogaidh eadar dà fheachd an aghaidh: taghadh nàdarra Darwinian, a’ leantainn gu leasachadh dìosganaich, agus tuiteam an genoma, a’ tilgeil dìosganaich a-steach do fhàsachadh.Chan eil e soilleir ciamar a fhuair am parasite a-mach às an tughadh-cogaidh seo agus gnìomhachd a structar moileciuil a chumail.
Ged nach eilear a’ tuigsinn gu h-iomlan an dòigh air lobhadh genome, tha e coltach gu bheil e a’ tachairt sa mhòr-chuid mar thoradh air gluasad ginteil tric.Leis gu bheil dìosganaich a’ fuireach ann an àireamhan beaga, asexual, agus cuibhrichte gu ginteil, chan urrainn dhaibh cuir às gu h-èifeachdach ri mùthaidhean millteach a bhios uaireannan a’ tachairt aig àm ath-riochdachadh DNA.Bidh seo a’ leantainn gu cruinneachadh neo-atharrachail de mhùthaidhean cronail agus lughdachadh genoma parasite.Mar thoradh air an sin, chan e a-mhàin gu bheil am faoighiche a’ call ginean nach eil riatanach tuilleadh airson a bhith beò san àrainneachd intracellular.Is e neo-chomas àireamhan dìosganaich cuir às gu h-èifeachdach ri mùthaidhean millteach bho àm gu àm a dh’ adhbhraicheas na mùthaidhean sin cruinneachadh air feadh an genoma, a ’toirt a-steach na ginean as cudromaiche aca.
Tha mòran den tuigse a th’ againn an-dràsta air lughdachadh genome stèidhichte air coimeas a dhèanamh eadar sreathan genome a-mhàin, le nas lugha de aire do dh’ atharrachaidhean ann am fìor mholacilean a bhios a’ coileanadh gnìomhan cumail-taighe agus a tha nan targaidean dhrogaichean a dh’fhaodadh a bhith ann.Tha sgrùdaidhean coimeasach air sealltainn gu bheil e coltach gu bheil an t-uallach a th’ aig mùthaidhean meanbh-bhroinn intracellular millteach a’ toirt air pròtanan agus aigéid niuclasach a bhith mì-fhillte agus a’ cruinneachadh, gan dèanamh nas motha an urra ri luchd-còmhdhail agus hypersensitive gu teas19,20,21,22,23.A bharrachd air an sin, dh’ fhuiling grunn dhìosganaich - mean-fhàs neo-eisimeileach uaireannan air an sgaradh le suas ri 2.5 billean bliadhna - call coltach ri ionadan smachd càileachd anns na synthesis pròtain aca5,6 agus dòighean càraidh DNA24.Ach, chan eil mòran fios againn mun bhuaidh a tha aig dòigh-beatha intracellular air a h-uile seilbh eile de macromolecules cealla, a’ toirt a-steach atharrachadh moileciuil gu eallach a tha a’ sìor fhàs de mhùthaidhean millteach.
Anns an obair seo, gus tuigse nas fheàrr fhaighinn air mean-fhàs phròtainean agus searbhagan niuclasach meanbh-fhàs-bheairtean intracellular, cho-dhùin sinn structar ribosomes den dìosganach intracellular Encephalitozoon cuniculi.'S e fàs-bheairt coltach ri fungas a th' ann an E. cuniculi a bhuineas do bhuidheann de mhic-sporidia dìosganach aig a bheil genomes eucaryotic neo-àbhaisteach beag agus mar sin tha iad air an cleachdadh mar mhodail fhàs-bheairtean gus sgrùdadh a dhèanamh air lobhadh genome25,26,27,28,29,30.O chionn ghoirid, chaidh structar ribosome cryo-EM a dhearbhadh airson genomes meadhanach lùghdaichte de Microsporidia, Paranosema locustae, agus Vairimorpha necatrix31,32 (~ genome 3.2 Mb).Tha na structaran sin a’ moladh gu bheil cuid de chall meudachaidh rRNA air a dhìoladh le bhith a’ leasachadh cheanglaichean ùra eadar pròtanan ribosomal faisg air làimh no le bhith a’ faighinn pròtanan ribosomal msL131,32 ùra.Tha Encephalitozoon Gnè (genome ~ 2.5 millean bp), còmhla ris an Ordospora càirdeach as fhaisge orra, a’ nochdadh an ìre mu dheireadh de lughdachadh genome ann an eukaryotes - tha nas lugha na 2000 ginean còdaidh pròtain aca, agus thathar an dùil nach eil na ribosomes aca a-mhàin gun mhìrean leudachaidh rRNA (mìrean rRNA a tha ag eadar-dhealachadh ribosomes eukaryotic agus ribosomes mar thoradh air ceithir ribosomes bacteriach) anns an genome E. cuniculi26,27,28.Mar sin, cho-dhùin sinn gum faod an ribosome E. cuniculi ro-innleachdan nach robh aithnichte roimhe seo fhoillseachadh airson atharrachadh moileciuil gu lobhadh genome.
Tha an structar cryo-EM againn a’ riochdachadh an ribosome cytoplasmic eukaryotic as lugha a tha air a chomharrachadh agus a’ toirt sealladh dhuinn air mar a tha an ìre mu dheireadh de lughdachadh genome a’ toirt buaidh air structar, co-chruinneachadh, agus mean-fhàs an inneal moileciuil a tha riatanach don chill.Fhuair sinn a-mach gu bheil an ribosome E. cuniculi a’ dol an aghaidh mòran de na prionnsapalan a chaidh a ghleidheadh ​​​​gu farsaing ann am pasgadh RNA agus co-chruinneachadh ribosome, agus lorg sinn pròtain ribosomal ùr, nach robh fios roimhe.Gu h-obann, tha sinn a’ sealltainn gu bheil microsporidia ribosomes air an comas a bhith a’ ceangal moileciuilean beaga, agus a’ gabhail beachd gu bheil truncaidhean ann an rRNA agus pròtanan a’ brosnachadh innleachdan mean-fhàsach a dh’ fhaodadh feartan feumail a thoirt don ribosome aig a’ cheann thall.
Gus ar tuigse mu mean-fhàs phròtainean agus aigéid niuclasach ann am fàs-bheairtean intracellular a leasachadh, chuir sinn romhainn spòran E. cuniculi a sgaradh bho chultaran cheallan mamalan gabhaltach gus na ribosomes aca a ghlanadh agus structar nan ribosomes sin a dhearbhadh.Tha e duilich àireamh mhòr de microsporidia dìosganach fhaighinn leis nach urrainn microsporidia a bhith air a àiteachadh ann am meadhan beathachaidh.An àite sin, bidh iad a 'fàs agus a' gintinn a-mhàin taobh a-staigh an cealla aoigheachd.Mar sin, gus bith-thomas E. cuniculi fhaighinn airson glanadh ribosome, chuir sinn spòran E. cuniculi air an loidhne cealla dubhaig mamalan RK13 agus dh’ àiteach sinn na ceallan gabhaltach sin airson grunn sheachdainean gus leigeil le E. cuniculi fàs agus iomadachadh.A’ cleachdadh monolayer cealla gabhaltach timcheall air leth mheatair ceàrnagach, bha e comasach dhuinn timcheall air 300 mg de spòran Microsporidia a ghlanadh agus an cleachdadh gus ribosomes a sgaradh.An uairsin chuir sinn dragh air na spòran glanaidh le grìogagan glainne agus chuir sinn a-mach na ribosomes amh le bhith a’ cleachdadh bloigh polyethylene glycol mean air mhean de na lysates.Leig seo leinn mu 300 µg de ribosomes E. cuniculi amh fhaighinn airson mion-sgrùdadh structarail.
An uairsin chruinnich sinn ìomhaighean cryo-EM a ’cleachdadh na sampallan ribosome a thàinig às agus ghiullachd sinn na h-ìomhaighean sin a’ cleachdadh masgaichean a bha co-chosmhail ris an fho-aonad ribosomal mòr, ceann fo-aonad beag, agus fo-aonad beag.Tron phròiseas seo, chruinnich sinn ìomhaighean de mu ghràinean ribosomal 108,000 agus ìomhaighean cryo-EM àireamhaichte le rùn de 2.7 Å (Figearan Leasachail 1-3).Chleachd sinn an uairsin ìomhaighean cryoEM gus rRNA a mhodail, pròtain ribosomal, agus factar cadal a’ gheamhraidh Mdf1 co-cheangailte ri ribosomes E. cuniculi (Fig. 1a, b).
a Structar an ribosome E. cuniculi ann an iom-fhillte leis a’ bhàillidh cadal a’ gheamhraidh Mdf1 (pdb id 7QEP).b Mapa de bhàillidh cadal a’ gheamhraidh Mdf1 co-cheangailte ris an ribosome E. cuniculi.c Mapa structar àrd-sgoile a’ dèanamh coimeas eadar rRNA a chaidh fhaighinn air ais ann an gnèithean Microsporidian agus structaran ribosomal aithnichte.Tha na pannalan a’ sealltainn far a bheil na pìosan rRNA leudaichte (ES) agus làraich gnìomhach ribosome, a’ toirt a-steach an làrach dì-còdaidh (DC), an lùb sarcinicin (SRL), agus an ionad peptidyl transferase (PTC).d Tha an dùmhlachd dealanach a tha co-chosmhail ri ionad peptidyl transferase an ribosome E. cuniculi a’ moladh gu bheil an aon structar aig an làrach catalaíoch seo anns a’ dhìosganach E. cuniculi agus na h-aoighean aige, H. sapiens nam measg.e, f Tha an dùmhlachd dealain co-fhreagarrach aig an ionad dì-chòdaidh (e) agus structar sgeamach an ionaid dì-chòdaidh (f) a' sealltainn gu bheil fuigheall aig E. cuniculi U1491 an àite A1491 (àireamh E. coli) ann am mòran eukaryotes eile.Tha an t-atharrachadh seo a' moladh gum faodadh E. cuniculi a bhith mothachail air antibiotics a tha ag amas air an làrach ghnìomhach seo.
An coimeas ris na structaran a chaidh a stèidheachadh roimhe de V. necatrix agus P. locustae ribosomes (tha an dà structar a 'riochdachadh an aon teaghlach microsporidia Nosematidae agus tha iad glè choltach ri chèile), bidh 31,32 E. cuniculi ribosomes a' dol tro iomadh pròiseas rRNA agus briseadh pròtain.Nas fhaide air dì-nàdarachadh (Figearan Leasachail 4-6).Ann an rRNA, bha na h-atharrachaidhean as iongantaiche a’ toirt a-steach call iomlan den chriomag meudaichte 25S rRNA ES12L agus crìonadh pàirt de helices h39, h41, agus H18 (Fig. 1c, Fig. 4 a bharrachd).Am measg phròtainean ribosomal, bha na h-atharrachaidhean as iongantaiche a’ toirt a-steach call iomlan de phròtain eS30 agus giorrachadh pròtainean eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17, agus eS7 (Figearan Leasachail 4, 5).
Mar sin, tha an lùghdachadh mòr ann an genomes nan gnèithean Encephalotozoon/Ordospora ri fhaicinn anns an structar ribosome aca: tha ribosomes E. cuniculi a’ faighinn a’ chall as drùidhtiche de phròtain ann an ribosomes cytoplasmic eukaryotic a tha fo ùmhlachd caractar structarail, agus chan eil eadhon na pìosan rRNA agus pròtain sin a tha air an gleidheadh ​​​​gu farsaing chan ann a-mhàin ann an raointean beatha, ach cuideachd ann an trì raointean beatha.Tha structar an ribosome E. cuniculi a’ toirt seachad a’ chiad mhodail moileciuil airson na h-atharrachaidhean sin agus a’ nochdadh tachartasan mean-fhàs air an deach dearmad a dhèanamh leis an dà chuid genomics coimeasach agus sgrùdaidhean air structar bith-mholacileach intracellular (Fig. 7 Leasachail).Gu h-ìosal, bidh sinn a’ toirt cunntas air gach aon de na tachartasan sin còmhla ris an tùs mean-fhàs aca agus a’ bhuaidh a dh’ fhaodadh a bhith aca air gnìomh ribosome.
Lorg sinn an uairsin, a bharrachd air truncations rRNA mòra, gu bheil caochlaidhean rRNA aig ribosomes E. cuniculi aig aon de na làraichean gnìomhach aca.Ged a tha an aon structar aig ionad peptidyl transferase an ribosome E. cuniculi ri ribosomes eukaryotic eile (Fig. 1d), tha an t-ionad dì-chòdaidh eadar-dhealaichte air sgàth atharrachadh sreath aig nucleotide 1491 (àireamhachadh E. coli, Fig. 1e, f).Tha an amharc seo cudromach leis gu bheil làrach dì-chòdachadh ribosomes eukaryotic mar as trice a’ toirt a-steach fuigheall G1408 agus A1491 an coimeas ri fuigheall seòrsa bacterial A1408 agus G1491.Tha an atharrachadh seo mar bhunait air cugallachd eadar-dhealaichte ribosomes bacterial agus eukaryotic don teaghlach aminoglycoside de antibiotaicean ribosomal agus moileciuilean beaga eile a tha ag amas air an làrach dì-chòdaidh.Aig làrach dì-còdaidh an ribosome E. cuniculi, chaidh U1491 a chuir na àite fuigheall A1491, is dòcha a’ cruthachadh eadar-aghaidh ceangail sònraichte airson moileciuilean beaga a tha ag amas air an làrach ghnìomhach seo.Tha an aon seòrsa A14901 cuideachd an làthair ann am microsporidia eile leithid P. locustae agus V. necatrix, a 'moladh gu bheil e farsaing am measg gnèithean microsporidia (Fig. 1f).
Leis gu robh na sampallan ribosome E. cuniculi againn air an sgaradh bho spòran a bha neo-ghnìomhach gu meatabileach, rinn sinn deuchainn air mapa cryo-EM de E. cuniculi airson ceangal ribosome a chaidh a mhìneachadh roimhe seo fo chumhachan cuideam no acras.Factaran cadal a' gheamhraidh 31,32,36,37, 38. Rinn sinn maids eadar structar a chaidh a stèidheachadh roimhe den ribosome cadal a' gheamhraidh le mapa cryo-EM de ribosome E. cuniculi.Airson docaigeadh, chaidh ribosomes S. cerevisiae a chleachdadh ann an iom-fhillte le factar cadal a’ gheamhraidh Stm138, ribosomes locust ann an toinnte le factar Lso232, agus ribosomes V. necatrix ann an iom-fhillte le factaran Mdf1 agus Mdf231.Aig an aon àm, lorg sinn an dùmhlachd cryo-EM a bha co-chosmhail ris a’ bhàillidh eile Mdf1.Coltach ri ceangal Mdf1 ris an ribosome V. necatrix, bidh Mdf1 cuideachd a’ ceangal ri ribosome E. cuniculi, far a bheil e a’ bacadh làrach E an ribosome, is dòcha a’ cuideachadh le bhith a’ toirt ribosomes ri fhaighinn nuair a dh’ fhàsas spòran dìosganach neo-ghnìomhach gu metabollach nuair a thèid an corp a chuir an gnìomh (Figear 2).).
Bidh Mdf1 a’ blocadh làrach E an ribosome, a tha coltach gu bheil e a’ cuideachadh le bhith a’ cuir an ribosome an gnìomh nuair a dh’ fhàsas spòran dìosganach neo-ghnìomhach gu meatabileach.Ann an structar an ribosome E. cuniculi, lorg sinn gu bheil Mdf1 a’ dèanamh ceangal ris nach robh fios roimhe seo le gas ribosome L1, am pàirt den ribosome a chuidicheas le bhith a’ leigeil ma sgaoil tRNA deacylated bhon ribosome rè synthesis pròtain.Tha na ceanglaichean sin a’ moladh gu bheil Mdf1 a’ dealachadh ris an ribosome a’ cleachdadh an aon dòigh ri tRNA deacetylated, a’ toirt seachad mìneachadh a dh’ fhaodadh a bhith ann air mar a bheir an ribosome air falbh Mdf1 gus synthesis pròtain ath-ghnìomhachadh.
Ach, nochd an structar againn ceangal neo-aithnichte eadar Mdf1 agus cas ribosome L1 (am pàirt den ribosome a chuidicheas le bhith a’ leigeil ma sgaoil tRNA deacylated bhon ribosome rè synthesis pròtain).Gu sònraichte, bidh Mdf1 a’ cleachdadh na h-aon cheanglaichean ris an earrann uilinn den mholacile tRNA deacylated (Fig. 2).Sheall am modaladh moileciuil seo nach robh fios roimhe seo gu bheil Mdf1 a’ dealachadh ris an ribosome a’ cleachdadh an aon uidheamachd ri tRNA deacetylated, a tha a’ mìneachadh mar a bheir an ribosome air falbh am bàillidh cadal a’ gheamhraidh seo gus synthesis pròtain ath-ghnìomhachadh.
Nuair a bha sinn a’ togail a’ mhodail rRNA, fhuair sinn a-mach gu bheil mìrean rRNA air am pasgadh gu neo-àbhaisteach aig an ribosome E. cuniculi, ris an canadh sinn rRNA fuasgailte (Fig. 3).Ann an ribosomes a tha a’ cuairteachadh nan trì raointean de bheatha, bidh rRNA a’ pasgadh a-steach do structaran anns a bheil a’ mhòr-chuid de rRNA a’ stèidheachadh an dàrna cuid paidhir bhunaiteach agus a’ pasgadh ri chèile no ag eadar-obrachadh le pròtanan ribosomal38,39,40.Ach, ann an ribosomes E. cuniculi, tha e coltach gu bheil rRNAn a’ dol an aghaidh a’ phrionnsabail fillte seo le bhith ag atharrachadh cuid de na helices aca gu roinnean rRNA nach eil air am pasgadh.
Structar an H18 25S rRNA helix ann an S. cerevisiae, V. necatrix, agus E. cuniculi.Mar as trice, ann an ribosomes thairis air na trì raointean beatha, bidh an ceangal seo a’ dol a-steach do helix RNA anns a bheil 24 gu 34 fuigheall.Ann am Microsporidia, an coimeas ri sin, tha an ceangal rRNA seo air a lughdachadh mean air mhean gu dà cheangal saidhbhir uridine aon-shreath anns nach eil ach fuigheall 12.Tha a’ mhòr-chuid de na fuigheall sin fosgailte do fhuasglaidhean.Tha am figear a’ sealltainn gu bheil coltas ann gu bheil microsporidia dìosganach a’ dol an aghaidh prionnsapalan coitcheann pasgadh rRNA, far a bheil bunaitean rRNA mar as trice ceangailte ri ionadan eile no an sàs ann an eadar-obrachaidhean pròtain rRNA.Ann am microsporidia, bidh cuid de chriomagan rRNA a’ gabhail ri filleadh mì-fhàbharach, anns am bi an t-seann rRNA helix gu bhith na chriomag aon-shreath leudaichte cha mhòr ann an loidhne dhìreach.Tha làthaireachd nan roinnean neo-àbhaisteach sin a’ leigeil le microsporidia rRNA pìosan rRNA fad às a cheangal a’ cleachdadh glè bheag de bhunaitean RNA.
Chithear an eisimpleir as iongantaiche den eadar-ghluasad mean-fhàs seo anns an helix rRNA H18 25S (Fig. 3).Ann an gnèithean bho E. coli gu daoine, tha 24-32 nucleotides ann am bunaitean an helix rRNA seo, a’ cruthachadh helix beagan neo-riaghailteach.Ann an structaran ribosomal a chaidh a chomharrachadh roimhe bho V. necatrix agus P. locustae,31,32 tha bunaitean an H18 helix air an neo-chòmhdachadh gu ìre, ach tha co-chaidreachas bonn nucleotide air a ghleidheadh.Ach, ann an E. cuniculi bidh am criomag rRNA seo gu bhith na luchd-ceangail as giorra 228UUUGU232 agus 301UUUUUUUUUU307.Eu-coltach ri mìrean rRNA àbhaisteach, chan eil na ceanglaichean saidhbhir uridine seo a’ coilionadh no a’ dèanamh conaltradh farsaing ri pròtanan ribosomal.An àite sin, bidh iad a’ gabhail ri structaran fosgailte le fuasgladh agus làn fhosgladh anns a bheil na dualan rRNA air an leudachadh cha mhòr dìreach.Tha an co-chòrdadh sìnte seo a’ mìneachadh mar a bhios E. cuniculi a’ cleachdadh dìreach 12 ionad RNA gus a’ bheàrn 33 Å a lìonadh eadar na helices rRNA H16 agus H18, agus feumaidh gnèithean eile co-dhiù a dhà uimhir de bhunaitean rRNA gus am beàrn a lìonadh.
Mar sin, is urrainn dhuinn sealltainn, tro fhilleadh mì-fhàbharach gu lùthmhor, gu bheil microsporidia dìosganach air ro-innleachd a leasachadh gus eadhon na roinnean rRNA sin a tha fhathast glèidhte gu farsaing thar gnèithean anns na trì raointean beatha a chùmhnant.A rèir choltais, le bhith a’ cruinneachadh mùthaidhean a dh’ atharraicheas helices rRNA gu bhith nan luchd-ceangail goirid poly-U, faodaidh E. cuniculi mìrean rRNA neo-àbhaisteach a chruthachadh anns a bheil cho beag de nucleotides ’s as urrainn airson pìosan rRNA distal a cheangal.Tha seo a’ cuideachadh le bhith a’ mìneachadh mar a choilean microsporidia lùghdachadh mòr anns an structar moileciuil bunaiteach aca gun a bhith a’ call an ionracas structarail agus gnìomh.
Is e feart neo-àbhaisteach eile de E. cuniculi rRNA coltas rRNA gun tiugh (Fig. 4).Is e nucleotides a th’ ann am bulges às aonais paidhrichean bunaiteach a thionndaidheas a-mach às an RNA helix an àite a bhith a’ falach ann.Bidh a’ mhòr-chuid de thoraidhean rRNA ag obair mar adhesives moileciuil, a’ cuideachadh le bhith a’ ceangal pròtanan ribosomal faisg air làimh no mìrean rRNA eile.Bidh cuid de na builleagan ag obair mar lùdagan, a’ leigeil leis an rRNA helix gluasad agus pasgadh airson synthesis pròtain cinneasach 41 .
a An rRNA protrusion (àireamh S. cerevisiae) neo-làthaireach bhon structar E. cuniculi ribosome, ach an làthair anns a 'mhòr-chuid de eukaryotes eile b E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens, agus E. cuniculi ribosomes a-staigh.tha mòran de na bulges rRNA àrsaidh a tha glè ghlèidhte aig dìosganaich.Bidh na tiughad sin a’ bunailteachadh an structair ribosome;Mar sin, tha an neo-làthaireachd ann am microsporidia a’ nochdadh seasmhachd nas lugha de fhilleadh rRNA ann am parasites microsporidia.Tha coimeas ri gasan P (gasan L7/L12 ann am bacteria) a’ sealltainn gu bheil call chnapan rRNA uaireannan a’ co-thaobhadh ri coltas cnapan ùra ri taobh nan cnapan caillte.Tha seann chnap aig an helix H42 anns an 23S/28S rRNA (U1206 ann an Saccharomyces cerevisiae) a thathar a’ meas a tha co-dhiù 3.5 billean bliadhna a dh’aois air sgàth a dhìon ann an trì raointean beatha.Ann am microsporidia, tha am bulge seo air a chuir às.Ach, nochd bulge ùr ri taobh a’ bhoth a chaidh air chall (A1306 ann an E. cuniculi).
Gu h-iongantach, fhuair sinn a-mach nach eil a’ mhòr-chuid de na bulges rRNA a lorgar ann an gnèithean eile ann an ribosomes E. cuniculi, a’ toirt a-steach còrr air 30 buillean glèidhte ann an eukaryotes eile (Fig. 4a).Tha an call seo a’ cur às do dh’iomadh ceangal eadar fo-aonadan ribosomal agus helices rRNA a tha faisg air làimh, uaireannan a’ cruthachadh beàrnan mòra falamh taobh a-staigh an ribosome, a’ dèanamh an ribosome E. cuniculi nas dorra an taca ri ribosomes nas traidiseanta (Fig. 4b).Gu sònraichte, fhuair sinn a-mach gun deach a’ mhòr-chuid de na bulges sin a chall cuideachd anns na structaran ribosome V. necatrix agus P. locustae a chaidh a chomharrachadh roimhe, air an deach dearmad a dhèanamh le mion-sgrùdaidhean structarail roimhe31,32.
Uaireannan bidh call rRNA bulges an cois leasachadh bulges ùra ri taobh a’ bhothais a chaidh air chall.Mar eisimpleir, tha bulge U1208 (ann an Saccharomyces cerevisiae) anns a’ ghas P ribosomal a thàinig beò bho E. coli gu daoine agus mar sin thathas a’ meas gu bheil e 3.5 billean bliadhna a dh’aois.Rè synthesis pròtain, bidh am bulge seo a ’cuideachadh an gas P gluasad eadar cumaidhean fosgailte agus dùinte gus an urrainn don ribosome factaran eadar-theangachaidh fhastadh agus an lìbhrigeadh chun làrach gnìomhach.Ann an ribosomes E. cuniculi, chan eil an tiugh seo ann;ge-tà, faodaidh tiormachadh ùr (G883) a tha suidhichte ann an trì paidhrichean bonn a-mhàin cur ri ath-nuadhachadh an sùbailteachd as fheàrr den ghas P (Fig. 4c).
Tha an dàta againn air rRNA gun bulges a’ moladh nach eil lughdachadh rRNA air a chuingealachadh ri call eileamaidean rRNA air uachdar an ribosome, ach gum faodadh e cuideachd a bhith a’ toirt a-steach an niuclas ribosome, a’ cruthachadh uireasbhaidh moileciuil a tha sònraichte do dhìosganach nach deach a mhìneachadh ann an ceallan beò an-asgaidh.bithear a’ cumail sùil air gnèithean beò.
Às deidh dhuinn pròtanan ribosomal canonical agus rRNA a mhodaladh, lorg sinn nach urrainn do cho-phàirtean ribosomal gnàthach na trì pàirtean den ìomhaigh cryo-EM a mhìneachadh.Tha dhà de na pìosan sin nam moileciuilean beaga ann am meud (Fig. 5, Fig. 8 a bharrachd).Tha a’ chiad earrann air a sgaoileadh eadar na pròtanan ribosomal uL15 agus eL18 ann an suidheachadh mar as trice air a ghabhail thairis le C-terminus eL18, a tha air a ghiorrachadh ann an E. cuniculi.Ged nach urrainn dhuinn dearbh-aithne a’ mholacile seo a dhearbhadh, tha meud agus cumadh an eilein dùmhlachd seo air a mhìneachadh gu math le làthaireachd mholacilean spermidine.Tha a cheangal ris an ribosome air a dhèanamh seasmhach le mùthaidhean sònraichte microsporidia anns na pròtanan uL15 (Asp51 agus Arg56), a tha coltach gu bheil iad ag àrdachadh dàimh an ribosome airson a’ mholacile bheag seo, leis gu bheil iad a ’leigeil le uL15 am moileciuil beag a phasgadh a-steach do structar ribosomal.Figear a bharrachd 2).8, dàta a bharrachd 1, 2).
Ìomhaighean Cryo-EM a’ sealltainn làthaireachd nucleotides taobh a-muigh an ribose ceangailte ri ribosome E. cuniculi.Anns an ribosome E. cuniculi, tha an nucleotide seo san aon àite ris an 25S rRNA A3186 nucleotide (àireamh Saccharomyces cerevisiae) anns a’ mhòr-chuid de ribosomes eucaryotic eile.b Ann an structar ribosomal E. cuniculi, tha an nucleotide seo suidhichte eadar na pròtanan ribosomal uL9 agus eL20, agus mar sin a’ bunailteachadh a’ cheangal eadar an dà phròtain.mion-sgrùdadh glèidhteachais sreath cd eL20 am measg gnèithean microsporidia.Tha craobh phylogenetic gnè Microsporidia (c) agus co-thaobhadh ioma-sreath den phròtain eL20 (d) a’ sealltainn gu bheil fuigheall ceangail nucleotide F170 agus K172 air an gleidheadh ​​​​anns a’ mhòr-chuid de Microsporidia àbhaisteach, ach a-mhàin S. lophii, ach a-mhàin meuran tràth Microsporidia, a ghlèidh an leudachadh RNA39L.e Tha am figear seo a’ sealltainn gu bheil fuigheall ceangail nucleotide F170 agus K172 an làthair a-mhàin ann an eL20 den genoma microsporidia a tha air a lughdachadh gu mòr, ach chan ann ann an eukaryotes eile.Gu h-iomlan, tha an dàta seo a’ moladh gu bheil ribosomes Microsporidian air làrach ceangail nucleotide a leasachadh a tha coltach gu bheil iad a’ ceangal mholacilean AMP agus gan cleachdadh gus eadar-obrachaidhean pròtain-pròtain a dhèanamh seasmhach anns an structar ribosomal.Tha àrd-ghlèidhteachas na làraich ceangail seo ann am Microsporidia agus a bhith neo-làthaireachd ann an eukaryotes eile a’ nochdadh gum faodadh an làrach seo a bhith na bhuannachd roghnach airson mairsinn airson Microsporidia.Mar sin, chan eil coltas gu bheil am pòcaid ceangail nucleotide anns an ribosome microsporidia na fheart crìonadh no mar chruth deireannach de dh ’ìsleachadh rRNA mar a chaidh a mhìneachadh roimhe seo, ach na ùr-ghnàthachadh mean-fhàs feumail a leigeas leis an microsporidia ribosome moileciuilean beaga a cheangal gu dìreach, gan cleachdadh mar bhlocaichean togail moileciuil.blocaichean togail airson ribosomes.Tha an lorg seo a’ fàgail gur e am microsporidia ribosome an aon ribosome a tha aithnichte airson a bhith a’ cleachdadh aon nucleotide mar bhloc togail structarail.f Slighe mean-fhàs beachd-bharail a thàinig bho cheangal nucleotide.
Tha an dàrna dùmhlachd cuideam moileciuil ìosal suidhichte aig an eadar-aghaidh eadar pròtainean ribosomal uL9 agus eL30 (Fig. 5a).Chaidh an eadar-aghaidh seo a mhìneachadh roimhe seo ann an structar an Saccharomyces cerevisiae ribosome mar làrach ceangail airson an nucleotide 25S de rRNA A3186 (pàirt den leudachadh ES39L rRNA)38.Chaidh a shealltainn, ann an ribosomes P. locustae ES39L degenerate, gu bheil an eadar-aghaidh seo a’ ceangal aon nucleotide neo-aithnichte 31, agus thathas a’ gabhail ris gur e cruth deireannach nas lugha de rRNA a th’ anns an nucleotide seo, anns a bheil fad an rRNA ~ 130-230 bonn.Tha ES39L air a lughdachadh gu aon nucleotide 32.43.Tha na h-ìomhaighean cryo-EM againn a’ toirt taic don bheachd gum faodar dùmhlachd a mhìneachadh le nucleotides.Ach, sheall an rèiteachadh nas àirde den structar againn gu bheil an nucleotide seo na mholacile extraribosomal, is dòcha AMP (Fig. 5a, b).
Dh’fhaighnich sinn an uair sin an robh an làrach ceangail nucleotide a’ nochdadh anns an ribosome E. cuniculi neo an robh e ann roimhe.Leis gu bheil ceangal nucleotide gu ìre mhòr air a mheadhanachadh le fuigheall Phe170 agus Lys172 anns a’ phròtain ribosomal eL30, rinn sinn measadh air glèidhteachas na fuigheall sin ann an eukaryotes riochdachail 4396.Mar a thachair ann an cùis uL15 gu h-àrd, lorg sinn gu bheil fuigheall Phe170 agus Lys172 air a ghleidheadh ​​​​gu mòr a-mhàin ann am Microsporidia àbhaisteach, ach neo-làthaireach ann an eukaryotes eile, a’ toirt a-steach Microsporidia Mitosporidium agus Amphiamblys neo-àbhaisteach, anns nach eil an criomag ES39L rRNA air a lughdachadh 44, 45, 45.-e).
Air an gabhail còmhla, tha an dàta seo a’ toirt taic don bheachd gu bheil E. cuniculi agus is dòcha microsporidia canonical eile air an comas a bhith a’ glacadh àireamhan mòra de mheatabolites beaga gu h-èifeachdach anns an structar ribosome gus dìoladh a dhèanamh airson crìonadh ann an rRNA agus ìrean pròtain.Ann a bhith a’ dèanamh seo, tha iad air comas sònraichte a leasachadh gus nucleotides a cheangal taobh a-muigh an ribosome, a’ sealltainn gu bheil structaran moileciuil dìosganach a’ dèanamh dìoladh le bhith a’ glacadh pailteas metabolites beaga agus gan cleachdadh mar atharrais structarail de RNA truaillidh agus mìrean pròtain..
An treas pàirt gun samhail den mhapa cryo-EM againn, a lorgar anns an fho-aonad mòr ribosomal.Tha an rèiteachadh coimeasach àrd (2.6 Å) den mhapa againn a’ moladh gu bheil an dùmhlachd seo a’ buntainn ri pròtanan le cothlamadh gun samhail de fhuigheall slabhraidh taobh mòr, a leig leinn an dùmhlachd seo aithneachadh mar phròtain ribosomal neo-aithnichte roimhe a dh’ ainmich sinn mar msL2 (Microsporidia-protein L2) (modhan, figear 6).Sheall an rannsachadh homology againn gu bheil msL2 air a ghleidheadh ​​​​ann an clade Microsporidia den genus Encephaliter agus Orosporidium, ach neo-làthaireach ann an gnèithean eile, nam measg Microsporidia eile.Anns an structar ribosomal, tha msL2 ann am beàrn a chaidh a chruthachadh le call an rRNA ES31L leudaichte.Anns a’ bheàrn seo, tha msL2 a’ cuideachadh le bhith a’ bunailteachadh rRNA pasgadh agus faodaidh e dìoladh airson call ES31L (Figear 6).
a Dùmhlachd dealanach agus modail den phròtain ribosomal msL2 a tha sònraichte do Microsporidia a lorgar ann an ribosomes E. cuniculi.b Tha a’ mhòr-chuid de ribosomes eukaryotic, a’ toirt a-steach an ribosome 80S de Saccharomyces cerevisiae, air leudachadh rRNA ES19L a chall anns a’ mhòr-chuid de ghnèithean Microsporidian.Tha structar a chaidh a stèidheachadh roimhe seo den ribosome V. necatrix microsporidia a’ moladh gu bheil call ES19L anns na dìosganaich sin air a dhìoladh le mean-fhàs a’ phròtain ribosomal msL1 ùr.Anns an sgrùdadh seo, lorg sinn gun do leasaich an ribosome E. cuniculi cuideachd pròtain ìomhaigh RNA ribosomal a bharrachd mar airgead-dìolaidh follaiseach airson call ES19L.Ach, tha tùsan structarail agus mean-fhàs eadar-dhealaichte aig msL2 (air a chomharrachadh mar phròtain beachd-bharail ECU06_1135) agus msL1.c Tha an lorg seo de ghineadh de phròtainean ribosomal msL1 agus msL2 nach eil ceangailte ri mean-fhàs a’ moladh ma bhios ribosomes a’ cruinneachadh mùthaidhean millteach san rRNA aca, gun urrainn dhaibh ìrean gun samhail de dh’ iomadachd sgrìobhaidh a choileanadh ann an eadhon fo-sheata bheag de ghnèithean dlùth-cheangailte.Dh’ fhaodadh an lorg seo cuideachadh le bhith a’ soilleireachadh tùs agus mean-fhàs an ribosome mitochondrial, a tha ainmeil airson an rRNA a tha gu mòr air a lughdachadh agus caochlaideachd neo-àbhaisteach ann an dèanamh pròtain thar gnèithean.
An uairsin rinn sinn coimeas eadar pròtain msL2 agus am pròtain msL1 a chaidh a mhìneachadh roimhe, an aon phròtain ribosomal sònraichte microsporidia a lorgar anns an ribosome V. necatrix.Bha sinn airson dearbhadh a bheil msL1 agus msL2 co-cheangailte ri mean-fhàs.Sheall ar mion-sgrùdadh gu bheil msL1 agus msL2 a’ fuireach san aon chuas anns an structar ribosomal, ach gu bheil structaran bun-sgoile agus treas ìre eadar-dhealaichte aca, a tha a’ nochdadh an tùs mean-fhàs neo-eisimeileach aca (Fig. 6).Mar sin, tha ar lorg air msL2 a’ toirt seachad fianais gum faod buidhnean de ghnèithean eukaryotic toinnte mean-fhàs neo-eisimeileach a dhèanamh air pròtanan ribosomal a tha eadar-dhealaichte ann an structar gus dìoladh a dhèanamh airson call mìrean rRNA.Tha an lorg seo sònraichte leis gu bheil pròtain caochlaideach anns a’ mhòr-chuid de ribosomes cytoplasmic eukaryotic, a’ toirt a-steach an aon teaghlach de 81 pròtanan ribosomal.Tha coltas msL1 agus msL2 ann an grunn chladhan de microsporidia mar fhreagairt air call earrannan rRNA leudaichte a’ nochdadh gu bheil truailleadh ailtireachd moileciuil a’ dìosganach ag adhbhrachadh gum bi dìosganaich a’ sireadh mùthaidhean dìolaidh, a dh’ fhaodadh leantainn gu bhith gan togail ann an diofar àireamhan de dhìosganaich.structaran.
Mu dheireadh, nuair a chaidh am modail againn a chrìochnachadh, rinn sinn coimeas eadar co-dhèanamh an ribosome E. cuniculi agus na bha dùil bhon t-sreath genome.Bhathar den bheachd roimhe seo gu robh grunn phròtainean ribosomal, a’ gabhail a-steach eL14, eL38, eL41, agus eS30, a dhìth bhon genoma E. cuniculi air sgàth nach robh coltas gu robh na homologues aca bhon genoma E. cuniculi.Thathas cuideachd a’ ro-innse gun tèid mòran de phròtainean ribosomal a chall anns a’ mhòr-chuid de dhìosganaich intracellular a tha air an lughdachadh gu mòr agus endosymbionts.Mar eisimpleir, ged a tha an aon teaghlach de 54 pròtanan ribosomal anns a’ mhòr-chuid de lobhagan a tha beò gu saor, chan eil ach homologues a lorgar aig 11 de na teaghlaichean pròtain sin anns gach genoma sgrùdaichte de bacteria cuibhrichte le aoigheachd.Mar thaic don bheachd seo, chaidh call de phròtainean ribosomal fhaicinn gu deuchainneach ann am microsporidia V. necatrix agus P. locustae, aig nach eil pròtainean eL38 agus eL4131,32.
Ach, tha na structaran againn a’ sealltainn nach eil ach eL38, eL41, agus eS30 air chall ann an ribosome E. cuniculi.Chaidh am pròtain eL14 a ghleidheadh ​​​​agus sheall an structar againn carson nach b 'urrainnear am pròtain seo a lorg anns an rannsachadh homology (Fig. 7).Ann an ribosomes E. cuniculi, tha a’ mhòr-chuid den làrach ceangail eL14 air chall mar thoradh air truailleadh an ES39L le meud rRNA.Às aonais ES39L, chaill eL14 a’ mhòr-chuid den structar àrd-sgoile aige, agus cha robh ach 18% den t-sreath eL14 co-ionann ann an E. cuniculi agus S. cerevisiae.Tha an gleidheadh ​​​​droch òrdugh seo iongantach leis gu bheil eadhon Saccharomyces cerevisiae agus Homo sapiens - fàs-bheairtean a thàinig air adhart 1.5 billean bliadhna bho chèile - a’ roinn còrr air 51% de na h-aon fhuigheall ann an eL14.Tha an call glèidhteachais neo-riaghailteach seo a’ mìneachadh carson a tha E. cuniculi eL14 an-dràsta air ainmeachadh mar am pròtain putative M970_061160 agus chan ann mar am pròtain ribosomal eL1427.
agus Chaill an Microsporidia ribosome an leudachadh ES39L rRNA, a chuir às gu ìre air làrach ceangail pròtain ribosomal eL14.Às aonais ES39L, bidh am pròtain microspore eL14 a’ dol tro chall structar àrd-sgoile, anns am bi an α-helix a bha ceangailte ri rRNA a bh’ ann roimhe a’ dol a-steach do lùb cho fada.b Tha co-thaobhadh ioma-sreath a’ sealltainn gu bheil am pròtain eL14 air a ghleidheadh ​​gu mòr ann an gnèithean eucaryotic (57% dearbh-aithne sreath eadar beirm agus homologues daonna), ach air a dhroch ghleidheadh ​​​​agus eadar-dhealaichte ann am microsporidia (anns nach eil barrachd air 24% de fhuigheall co-ionann ris an homologue eL14).bho S. cerevisiae no H. sapiens).Tha an droch òrdugh glèidhteachais seo agus caochlaideachd structar àrd-sgoile a’ mìneachadh carson nach deach an homologue eL14 a lorg a-riamh ann an E. cuniculi agus carson a thathas a’ smaoineachadh gun deach am pròtain seo a chall ann an E. cuniculi.An coimeas ri sin, bha E. cuniculi eL14 air a chomharrachadh roimhe seo mar phròtain tuairmeasach M970_061160.Tha am beachd seo a’ moladh gu bheilear a’ dèanamh cus tuairmse air iomadachd genome microsporidia an-dràsta: tha cuid de ghinean a thathas an-dràsta a’ smaoineachadh a tha air chall ann am microsporidia air an gleidheadh, ged a tha iad ann an cruthan eadar-dhealaichte;an àite sin, thathas a’ smaoineachadh gu bheil cuid a’ còdadh airson ginean microsporidia airson pròtanan a tha sònraichte do chnuimhean (me, am pròtain beachd-bharail M970_061160) dha-rìribh còdan airson na pròtanan glè eadar-mheasgte a lorgar ann an eukaryotes eile.
Tha an lorg seo a’ nochdadh gum faod dì-nàdurachadh rRNA leantainn gu call mòr ann an glèidhteachas sreath ann am pròtanan ribosomal a tha faisg air làimh, a’ fàgail na pròtanan sin neo-aithnichte airson rannsachaidhean homology.Mar sin, is dòcha gu bheil sinn a’ dèanamh cus tuairmse air an fhìor ìre de dh’ ìsleachadh moileciuil ann am fàs-bheairtean genome beaga, leis gu bheil cuid de phròtainean a thathas a’ smaoineachadh a tha air an call a’ leantainn, ged a tha iad ann an cruthan air an atharrachadh gu mòr.
Ciamar as urrainn dha dìosganaich obair nan innealan moileciuil aca a chumail fo chumhachan fìor lughdachadh genome?Tha an sgrùdadh againn a’ freagairt na ceiste seo le bhith a’ toirt cunntas air structar moileciuil iom-fhillte (ribosome) E. cuniculi, fàs-bheairt le aon de na genomes eucaryotic as lugha.
Tha fios air a bhith ann airson faisg air dà dheichead gu bheil moileciuilean pròtain agus RNA ann am parasitean microbial gu tric eadar-dhealaichte bho na moileciuilean homologach aca ann an gnèithean a tha beò gu saor leis nach eil ionadan smachd càileachd aca, air an lughdachadh gu 50% den mheud aca ann am microbes beò an-asgaidh, msaa.mòran mhùthaidhean lagachaidh a bheir droch bhuaidh air pasgadh agus gnìomh.Mar eisimpleir, thathar an dùil gum bi grunn phròtainean ribosomal agus suas ri trian de nucleotides rRNA ann an ribosomes fàs-bheairtean genome beaga, a’ toirt a-steach mòran dìosganaich intracellular agus endosymbionts, an coimeas ri gnèithean saor-beò 27, 29, 30, 49. Ach, tha an dòigh anns a bheil na moileciuilean sin ag obair ann am parasite fhathast gu ìre mhòr na dhìomhaireachd, air a sgrùdadh gu ìre mhòr tro ghinean coimeasach.
Tha an sgrùdadh againn a’ sealltainn gum faod structar macromolecules mòran thaobhan de mean-fhàs fhoillseachadh a tha duilich a thoirt a-mach à sgrùdaidhean genomic coimeasach traidiseanta air dìosganaich intracellular agus fàs-bheairtean eile a tha cuibhrichte le aoigheachd (Fig. 7 Leasachail).Mar eisimpleir, tha eisimpleir a’ phròtain eL14 a’ sealltainn gun urrainn dhuinn cus tuairmse a dhèanamh air an fhìor ìre de dh’ ìsleachadh air an uidheamachd moileciuil ann an gnèithean dìosganach.Thathas a-nis a’ creidsinn gu bheil ceudan de ghinean sònraichte microsporidia aig dìosganaich encephalitic.Ach, tha na co-dhùnaidhean againn a’ sealltainn gu bheil cuid de na ginean sin a tha coltach gu sònraichte dìreach nan atharrachaidhean gu math eadar-dhealaichte de ghinean a tha cumanta ann an eukaryotes eile.A bharrachd air an sin, tha an eisimpleir den phròtain msL2 a’ sealltainn mar a tha sinn a’ coimhead thairis air pròtanan ribosomal ùra agus a’ dèanamh dì-meas air susbaint innealan moileciuil dìosganach.Tha an eisimpleir de mholacilean beaga a’ sealltainn mar as urrainn dhuinn dearmad a dhèanamh air na h-innleachdan as innleachdaiche ann an structaran moileciuil dìosganach a bheir gnìomhachd bith-eòlasach ùr dhaibh.
Air an gabhail còmhla, tha na toraidhean sin ag adhartachadh ar tuigse air na h-eadar-dhealachaidhean eadar structaran moileciuil fàs-bheairtean cuibhrichte le aoigheachd agus an co-aoisean ann am fàs-bheairtean beò.Tha sinn a’ sealltainn gu bheil innealan moileciuil, a thathas a’ smaoineachadh o chionn fhada a bhith air an lughdachadh, a’ fàs nas miosa, agus le ùmhlachd do chaochladh mhùthaidhean millteach, an àite sin tha seata de fheartan structarail neo-àbhaisteach air an dearmad gu riaghailteach.
Air an làimh eile, tha na mìrean rRNA neo-thomadach agus na mìrean ceangailte a lorg sinn ann an ribosomes E. cuniculi a’ moladh gum faod lughdachadh genome eadhon na pàirtean sin den inneal moileciuil bunaiteach a tha glèidhte anns na trì raointean beatha atharrachadh - às deidh faisg air 3.5 billean bliadhna .leasachadh neo-eisimeileach de ghnèithean.
Tha ùidh shònraichte aig na mìrean rRNA gun bholgan agus ceangailte ann an ribosomes E. cuniculi mar thoradh air sgrùdaidhean a rinneadh roimhe air moileciuilean RNA ann am bacteria endosymbiotic.Mar eisimpleir, anns an aphid endosymbiont Buchnera aphidicola, thathas air sealltainn gu bheil structaran mothachail air teòthachd aig moileciuilean rRNA agus tRNA mar thoradh air claonadh co-dhèanamh A+T agus cuibhreann àrd de chàraidean bonn neo-chananach20,50.Thathas a-nis den bheachd gu bheil na h-atharrachaidhean sin ann an RNA, a bharrachd air atharrachaidhean ann am moileciuilean pròtain, an urra ri cus eisimeileachd endosymbionts air com-pàirtichean agus neo-chomas endosymbionts teas a ghluasad 21, 23 .Ged a tha atharrachaidhean structarail sònraichte aig microsporidia rRNA, tha nàdar nan atharrachaidhean sin a’ nochdadh gum faodadh seasmhachd teirmeach nas ìsle agus eisimeileachd nas àirde air pròtanan chaperone a bhith nam feartan cumanta de mholacilean RNA ann am fàs-bheairtean le genomes nas lugha.
Air an làimh eile, tha na structaran againn a’ sealltainn gu bheil microsporidia dìosganach air comas sònraichte a leasachadh gus seasamh an aghaidh rRNA a tha air a ghleidheadh ​​​​gu farsaing agus mìrean pròtain, a’ leasachadh comas air metabolites beaga pailt agus rim faighinn gu furasta a chleachdadh mar atharrais structarail de rRNA degenerate agus mìrean pròtain.Milleadh structar moileciuil..Tha am beachd seo a’ faighinn taic bhon fhìrinn gu bheil moileciuilean beaga a nì dìoladh airson call mìrean pròtain anns an rRNA agus ribosomes E. cuniculi a’ ceangal ri fuigheall sònraichte microsporidia anns na pròtanan uL15 agus eL30.Tha seo a’ moladh gum faodadh ceangal moileciuilean beaga ri ribosomes a bhith mar thoradh air taghadh adhartach, anns an deach mùthaidhean sònraichte Microsporidia ann am pròtanan ribosomal a thaghadh airson an comas àrdachadh dàimh ribosomes airson moileciuilean beaga, a dh’ fhaodadh leantainn gu fàs-bheairtean ribosomal nas èifeachdaiche.Tha an lorg a’ nochdadh ùr-ghnàthachadh snasail ann an structar moileciuil dìosganaich mhicrobial agus a’ toirt dhuinn tuigse nas fheàrr air mar a tha structaran moileciuil dìosganach a’ cumail suas an cuid obrach a dh’aindeoin mean-fhàs lùghdaichte.
Aig an àm seo, chan eil e soilleir fhathast comharrachadh nam moileciuilean beaga sin.Chan eil e soilleir carson a tha coltas nam moileciuilean beaga sin anns an structar ribosomal eadar-dhealaichte eadar gnèithean microsporidia.Gu sònraichte, chan eil e soilleir carson a thathas a’ cumail sùil air ceangal nucleotide ann an ribosomes E. cuniculi agus P. locustae, agus chan ann ann an ribosomes V. necatrix, a dh’ aindeoin gu bheil fuigheall F170 ann am pròtanan eL20 agus K172 de V. necatrix.Dh’ fhaodadh an sguabadh às seo a bhith air adhbhrachadh le fuigheall 43 uL6 (suidhichte ri taobh a’ phòcaid ceangail nucleotide), is e sin tyrosine ann an V. necatrix agus chan e threonine ann an E. cuniculi agus P. locustae.Faodaidh an t-sèine taobh cùbhraidh mòr de Tyr43 bacadh a chuir air ceangal nucleotide mar thoradh air tar-tharraing steric.Air an làimh eile, is dòcha gu bheil an sguabadh às nucleotide follaiseach mar thoradh air fuasgladh ìosal de ìomhaigh cryo-EM, a tha a 'cur bacadh air a bhith a' modaladh mìrean ribosomal V. necatrix.
Air an làimh eile, tha ar n-obair a’ moladh gum faodadh pròiseas lobhadh genome a bhith na fheachd innleachdach.Gu sònraichte, tha structar an ribosome E. cuniculi a’ moladh gu bheil call rRNA agus mìrean pròtain anns an ribosome microsporidia a’ cruthachadh cuideam mean-fhàs a bhrosnaicheas atharrachaidhean ann an structar ribosome.Tha na caochlaidhean sin a 'tachairt fada bho làrach gnìomhach an ribosome agus tha e coltach gu bheil iad a' cuideachadh le bhith a 'cumail suas (no ag ath-nuadhachadh) an co-chruinneachadh ribosome as fheàrr a bhiodh air a mhilleadh le rRNA lùghdaichte.Tha seo a’ nochdadh gu bheil coltas ann gu bheil innleachdas mòr den ribosome microsporidia air fàs gu bhith na fheum air gluasad gine bufair.
Is dòcha gu bheil seo air a nochdadh nas fheàrr le ceangal nucleotide, nach fhacas a-riamh ann am fàs-bheairtean eile gu ruige seo.Tha an fhìrinn gu bheil fuigheall ceangail nucleotide an làthair ann am microsporidia àbhaisteach, ach chan ann ann an eukaryotes eile, a’ nochdadh nach e dìreach cuimhneachain a tha a’ feitheamh ri dhol à bith a th’ ann an làraich ceangail nucleotide, no an làrach mu dheireadh airson rRNA a thoirt air ais gu cruth nucleotides fa leth.An àite sin, tha coltas gu bheil an làrach seo na fheart feumail a dh’ fhaodadh a bhith air a thighinn air adhart thairis air grunn chuairtean de thaghadh adhartach.Faodaidh làraich ceangail niùclasach a bhith mar fo-toradh de thaghadh nàdarra: aon uair ‘s gu bheil ES39L air a dhol sìos, feumaidh microsporidia airgead-dìolaidh a shireadh gus biogenesis ribosome as fheàrr a thoirt air ais às aonais ES39L.Leis gum faod an nucleotide seo atharrais a dhèanamh air ceanglaichean moileciuil an nucleotide A3186 ann an ES39L, bidh am moileciuil nucleotide gu bhith na bhloc togail den ribosome, agus tha an ceangal air a leasachadh nas motha le bhith ag atharrachadh an t-sreath eL30.
A thaobh mean-fhàs moileciuil de dhìosganaich intracellular, tha an sgrùdadh againn a’ sealltainn nach eil feachdan taghadh nàdarra Darwinian agus gluasad ginteil de lobhadh genome ag obair aig an aon àm, ach oscillate.An toiseach, bidh gluasad ginteil a 'cur às do fheartan cudromach de bhith-mholecules, a' ciallachadh gu bheil feum mòr air dìoladh.Is ann dìreach nuair a bhios dìosganaich a’ sàsachadh an fheum seo tro thaghadh nàdarra Darwinian a bhios cothrom aig na macromolecules aca na feartan as drùidhtiche agus as ùr-ghnàthach aca a leasachadh.Gu cudromach, tha mean-fhàs làraich ceangail nucleotide ann an ribosome E. cuniculi a’ moladh gu bheil am pàtran call-gu-buannachd seo de mean-fhàs moileciuil chan ann a-mhàin a’ cuairteachadh mùthaidhean millteach, ach uaireannan a’ toirt seachad gnìomhan gu tur ùr air macromolecules dìosganach.
Tha am beachd seo co-chòrdail ri teòiridh co-chothromachaidh gluasadach Sewell Wright, a tha ag ràdh gu bheil siostam teann de thaghadh nàdarra a 'cuingealachadh comas fàs-bheairtean a bhith ùr-ghnàthach51,52,53.Ach, ma tha gluasad ginteil a’ cur dragh air taghadh nàdarrach, faodaidh na gluasadan sin atharrachaidhean a thoirt gu buil nach eil annta fhèin atharrachail (no eadhon millteach) ach a dh’ adhbhraicheas tuilleadh atharrachaidhean a bheir seachad fallaineachd nas àirde no gnìomhachd bith-eòlasach ùr.Tha am frèam againn a’ toirt taic don bheachd seo le bhith a’ sealltainn gu bheil coltas gur e an aon sheòrsa mùthaidh a lughdaicheas filleadh agus gnìomh biomolecule am prìomh adhbhar airson a leasachadh.A rèir a’ mhodail mean-fhàs win-win, tha an sgrùdadh againn a’ sealltainn gu bheil crìonadh genome, gu traidiseanta air fhaicinn mar phròiseas degenerative, cuideachd na phrìomh dhraibhear airson ùr-ghnàthachadh, uaireannan agus is dòcha eadhon gu tric a’ leigeil le macromolecules gnìomhachdan dìosganach ùra fhaighinn.urrainn iad a chleachdadh.