Nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર.તમે જે બ્રાઉઝર સંસ્કરણનો ઉપયોગ કરી રહ્યાં છો તે મર્યાદિત CSS સપોર્ટ ધરાવે છે.શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે અપડેટ કરેલ બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા Internet Explorer માં સુસંગતતા મોડને અક્ષમ કરો).આ દરમિયાન, સતત સમર્થન સુનિશ્ચિત કરવા માટે, અમે શૈલીઓ અને JavaScript વિના સાઇટને રેન્ડર કરીશું.
માઇક્રોબાયલ પરોપજીવીઓના ઉત્ક્રાંતિમાં કુદરતી પસંદગી વચ્ચેનો પ્રતિકાર સામેલ છે, જેના કારણે પરોપજીવીઓ સુધરે છે, અને આનુવંશિક ડ્રિફ્ટ, જેના કારણે પરોપજીવીઓ જનીનો ગુમાવે છે અને નુકસાનકારક પરિવર્તનો એકઠા કરે છે.અહીં, એક મેક્રોમોલેક્યુલના સ્કેલ પર આ પ્રતિક્રિયા કેવી રીતે થાય છે તે સમજવા માટે, અમે એન્સેફાલિટોઝૂન ક્યુનિક્યુલીના રિબોઝોમના ક્રાયો-ઈએમ બંધારણનું વર્ણન કરીએ છીએ, જે પ્રકૃતિમાં સૌથી નાના જીનોમમાંના એક સાથે યુકેરીયોટિક સજીવ છે.E. cuniculi ribosomes માં rRNA નો ભારે ઘટાડો અભૂતપૂર્વ માળખાકીય ફેરફારો સાથે છે, જેમ કે અગાઉ અજાણ્યા ફ્યુઝ્ડ rRNA લિંકર્સ અને bulges વગર rRNA ની ઉત્ક્રાંતિ.વધુમાં, E. cuniculi ribosome rRNA ટુકડાઓ અને પ્રોટીનની ખોટમાંથી બચી ગયા અને નાના અણુઓનો ઉપયોગ ડિગ્રેડેડ rRNA ટુકડાઓ અને પ્રોટીનની રચનાત્મક નકલ તરીકે કરવાની ક્ષમતા વિકસાવી.એકંદરે, અમે બતાવીએ છીએ કે મોલેક્યુલર સ્ટ્રક્ચર્સ લાંબા સમયથી ઘટાડવામાં આવે છે, અધોગતિ કરે છે અને કમજોર મ્યુટેશનને આધિન હોય છે તેમાં સંખ્યાબંધ વળતર આપનારી પદ્ધતિઓ હોય છે જે ભારે પરમાણુ સંકોચન હોવા છતાં તેમને સક્રિય રાખે છે.
કારણ કે માઇક્રોબાયલ પરોપજીવીઓના મોટાભાગના જૂથો પાસે તેમના યજમાનોનું શોષણ કરવા માટે અનન્ય પરમાણુ સાધનો હોય છે, આપણે ઘણીવાર પરોપજીવીઓના વિવિધ જૂથો1,2 માટે વિવિધ ઉપચાર પદ્ધતિઓ વિકસાવવી પડે છે.જો કે, નવા પુરાવા સૂચવે છે કે પરોપજીવી ઉત્ક્રાંતિના કેટલાક પાસાઓ કન્વર્જન્ટ અને મોટાભાગે અનુમાનિત છે, જે માઇક્રોબાયલ પરોપજીવીઓ3,4,5,6,7,8,9માં વ્યાપક ઉપચારાત્મક હસ્તક્ષેપ માટે સંભવિત આધાર સૂચવે છે.
અગાઉના કાર્યમાં માઇક્રોબાયલ પરોપજીવીઓમાં એક સામાન્ય ઉત્ક્રાંતિ વલણને ઓળખવામાં આવ્યું છે જેને જીનોમ રિડક્શન અથવા જીનોમ ડિકે 10,11,12,13 કહેવાય છે.વર્તમાન સંશોધનો દર્શાવે છે કે જ્યારે સુક્ષ્મસજીવો તેમની મુક્ત જીવનશૈલી છોડી દે છે અને અંતઃકોશિક પરોપજીવીઓ (અથવા એન્ડોસિમ્બિઓન્ટ્સ) બની જાય છે, ત્યારે તેમના જીનોમ્સ લાખો વર્ષોમાં ધીમી પરંતુ અદ્ભુત મેટામોર્ફોસિસમાંથી પસાર થાય છે 9,11.જિનોમ સડો તરીકે ઓળખાતી પ્રક્રિયામાં, માઇક્રોબાયલ પરોપજીવીઓ હાનિકારક પરિવર્તનો એકઠા કરે છે જે અગાઉના ઘણા મહત્વપૂર્ણ જનીનોને સ્યુડોજીન્સમાં ફેરવે છે, જે ધીમે ધીમે જનીન નુકશાન અને મ્યુટેશનલ પતન 14,15 તરફ દોરી જાય છે.આ પતન નજીકથી સંબંધિત મુક્ત-જીવંત પ્રજાતિઓની તુલનામાં સૌથી જૂના અંતઃકોશિક જીવોમાંના 95% જેટલા જનીનોનો નાશ કરી શકે છે.આમ, અંતઃકોશિક પરોપજીવીઓનું ઉત્ક્રાંતિ એ બે વિરોધી દળો વચ્ચે ટગ-ઓફ-યુદ્ધ છે: ડાર્વિનિયન કુદરતી પસંદગી, જે પરોપજીવીઓના સુધારણા તરફ દોરી જાય છે, અને જીનોમનું પતન, પરોપજીવીઓને વિસ્મૃતિમાં ફેંકી દે છે.પરોપજીવી આ ટગ-ઓફ-યુદ્ધમાંથી કેવી રીતે ઉભરી શક્યું અને તેના પરમાણુ બંધારણની પ્રવૃત્તિને જાળવી રાખ્યું તે અસ્પષ્ટ છે.
જોકે જીનોમના સડોની પદ્ધતિ સંપૂર્ણપણે સમજી શકાતી નથી, તે મુખ્યત્વે વારંવાર આનુવંશિક ડ્રિફ્ટને કારણે થાય છે.કારણ કે પરોપજીવીઓ નાની, અજાતીય અને આનુવંશિક રીતે મર્યાદિત વસ્તીમાં રહે છે, તેઓ ડીએનએ પ્રતિકૃતિ દરમિયાન ક્યારેક થતા નુકસાનકારક પરિવર્તનોને અસરકારક રીતે દૂર કરી શકતા નથી.આનાથી હાનિકારક મ્યુટેશન અને પરોપજીવી જીનોમના ઘટાડાનું ઉલટાવી શકાય તેવું સંચય થાય છે.પરિણામે, પરોપજીવી માત્ર જનીનો ગુમાવે છે જે અંતઃકોશિક વાતાવરણમાં તેના અસ્તિત્વ માટે જરૂરી નથી.છૂટાછવાયા હાનિકારક પરિવર્તનોને અસરકારક રીતે દૂર કરવામાં પરોપજીવી વસ્તીની અસમર્થતા છે જેના કારણે આ પરિવર્તનો તેમના સૌથી મહત્વપૂર્ણ જનીનો સહિત સમગ્ર જીનોમમાં એકઠા થાય છે.
જિનોમ ઘટાડા અંગેની અમારી મોટાભાગની વર્તમાન સમજ ફક્ત જિનોમ સિક્વન્સની સરખામણી પર આધારિત છે, જેમાં વાસ્તવિક પરમાણુઓમાં થતા ફેરફારો પર ઓછું ધ્યાન આપવામાં આવે છે જે ઘરની સંભાળના કાર્યો કરે છે અને સંભવિત દવા લક્ષ્યો તરીકે સેવા આપે છે.તુલનાત્મક અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે હાનિકારક અંતઃકોશિક માઇક્રોબાયલ મ્યુટેશનનો બોજ પ્રોટીન અને ન્યુક્લીક એસિડને ખોટા ફોલ્ડ અને એકીકૃત કરવા માટે પ્રેરિત કરે છે, જે તેમને વધુ ચેપરોન આધારિત અને ગરમી19,20,21,22,23 પ્રત્યે અતિસંવેદનશીલ બનાવે છે.વધુમાં, વિવિધ પરોપજીવીઓ-સ્વતંત્ર ઉત્ક્રાંતિ ક્યારેક 2.5 બિલિયન વર્ષોથી અલગ પડે છે-તેમના પ્રોટીન સંશ્લેષણ5,6 અને ડીએનએ રિપેર મિકેનિઝમ24માં ગુણવત્તા નિયંત્રણ કેન્દ્રોની સમાન ખોટનો અનુભવ કર્યો હતો.જોકે, સેલ્યુલર મેક્રોમોલેક્યુલ્સના અન્ય તમામ ગુણધર્મો પર અંતઃકોશિક જીવનશૈલીની અસર વિશે થોડું જાણીતું છે, જેમાં હાનિકારક પરિવર્તનના વધતા બોજ માટે પરમાણુ અનુકૂલનનો સમાવેશ થાય છે.
આ કાર્યમાં, ઇન્ટ્રાસેલ્યુલર સુક્ષ્મસજીવોના પ્રોટીન અને ન્યુક્લિક એસિડના ઉત્ક્રાંતિને વધુ સારી રીતે સમજવા માટે, અમે અંતઃકોશિક પરોપજીવી એન્સેફાલિટોઝૂન ક્યુનિક્યુલીના રિબોઝોમનું માળખું નક્કી કર્યું.E. cuniculi એ પરોપજીવી માઇક્રોસ્પોરિડિયાના જૂથ સાથે સંકળાયેલ ફૂગ જેવો જીવ છે જે અસામાન્ય રીતે નાના યુકેરીયોટિક જીનોમ ધરાવે છે અને તેથી તેનો ઉપયોગ જીનોમ સડો 25,26,27,28,29,30 નો અભ્યાસ કરવા માટે મોડેલ સજીવ તરીકે થાય છે.તાજેતરમાં, માઇક્રોસ્પોરિડિયા, પેરાનોસેમા લોકસ્ટે અને વેરિમોર્ફા નેકાટ્રિક્સ 31,32 (~ 3.2 Mb જીનોમ) ના સાધારણ રીતે ઘટાડેલા જીનોમ માટે ક્રાયો-ઇએમ રિબોઝોમ માળખું નક્કી કરવામાં આવ્યું હતું.આ રચનાઓ સૂચવે છે કે rRNA એમ્પ્લીફિકેશનના કેટલાક નુકસાનની ભરપાઈ પડોશી રિબોસોમલ પ્રોટીન વચ્ચેના નવા સંપર્કોના વિકાસ અથવા નવા msL131,32 રિબોસોમલ પ્રોટીનના સંપાદન દ્વારા કરવામાં આવે છે.પ્રજાતિઓ એન્સેફાલિટોઝૂન (જીનોમ ~2.5 મિલિયન બીપી), તેમના નજીકના સંબંધી ઓર્ડોસ્પોરા સાથે, યુકેરીયોટ્સમાં જીનોમ ઘટાડાનું અંતિમ પ્રમાણ દર્શાવે છે - તેમની પાસે 2000 થી ઓછા પ્રોટીન-કોડિંગ જનીનો છે, અને એવી અપેક્ષા રાખવામાં આવે છે કે તેમના રાઈબોઝોમ માત્ર આરઆરએનએ વિસ્તરણથી વંચિત નથી, જે ફ્રિગ્નમેન્ટ્સ વિસ્તરણને કારણે છે. બેક્ટેરિયલ રાઇબોઝોમ) ઇ. ક્યુનિક્યુલી જીનોમ 26,27,28 માં હોમોલોગના અભાવને કારણે ચાર રિબોસોમલ પ્રોટીન પણ ધરાવે છે.તેથી, અમે નિષ્કર્ષ પર આવ્યા કે E. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમ જીનોમ સડો માટે પરમાણુ અનુકૂલન માટે અગાઉની અજાણી વ્યૂહરચનાઓને જાહેર કરી શકે છે.
અમારું ક્રાયો-EM માળખું લાક્ષણિકતા માટેના સૌથી નાના યુકેરીયોટિક સાયટોપ્લાઝમિક રાઈબોઝોમનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે અને જીનોમ ઘટાડવાની અંતિમ ડિગ્રી કોષના અભિન્ન અંગ એવા મોલેક્યુલર મશીનરીની રચના, એસેમ્બલી અને ઉત્ક્રાંતિને કેવી રીતે અસર કરે છે તેની સમજ આપે છે.અમે શોધી કાઢ્યું કે E. cuniculi ribosome એ RNA ફોલ્ડિંગ અને રિબોઝોમ એસેમ્બલીના ઘણા વ્યાપકપણે સંરક્ષિત સિદ્ધાંતોનું ઉલ્લંઘન કરે છે, અને એક નવું, અગાઉ અજ્ઞાત રિબોસોમલ પ્રોટીન શોધ્યું.તદ્દન અણધારી રીતે, અમે બતાવીએ છીએ કે માઇક્રોસ્પોરિડિયા રાઇબોઝોમ્સે નાના અણુઓને બાંધવાની ક્ષમતા વિકસાવી છે, અને અનુમાન લગાવ્યું છે કે rRNA અને પ્રોટીનમાં ઘટાડો ઉત્ક્રાંતિકારી નવીનતાઓને ટ્રિગર કરે છે જે આખરે રાઇબોઝોમ પર ઉપયોગી ગુણો પ્રદાન કરી શકે છે.
અંતઃકોશિક સજીવોમાં પ્રોટીન અને ન્યુક્લિક એસિડના ઉત્ક્રાંતિ વિશેની અમારી સમજને સુધારવા માટે, અમે તેમના રાઈબોઝોમને શુદ્ધ કરવા અને આ રાઈબોઝોમનું માળખું નક્કી કરવા માટે ચેપગ્રસ્ત સસ્તન પ્રાણીઓના કોષોની સંસ્કૃતિમાંથી E. ક્યુનિક્યુલી બીજકણને અલગ કરવાનું નક્કી કર્યું.મોટી સંખ્યામાં પરોપજીવી માઇક્રોસ્પોરિડિયા મેળવવું મુશ્કેલ છે કારણ કે માઇક્રોસ્પોરિડિયાને પોષક માધ્યમમાં સંવર્ધન કરી શકાતું નથી.તેના બદલે, તેઓ માત્ર યજમાન કોષની અંદર જ વધે છે અને પ્રજનન કરે છે.તેથી, રાઈબોઝોમ શુદ્ધિકરણ માટે E. ક્યુનિક્યુલી બાયોમાસ મેળવવા માટે, અમે સસ્તન પ્રાણીઓની કિડની સેલ લાઇન RK13 ને E. ક્યુનિક્યુલી બીજકણથી ચેપ લગાડ્યો અને E. cuniculi ને વધવા અને ગુણાકાર કરવા માટે કેટલાક અઠવાડિયા સુધી આ ચેપગ્રસ્ત કોષોને સંવર્ધન કર્યું.લગભગ અડધા ચોરસ મીટરના ચેપગ્રસ્ત સેલ મોનોલેયરનો ઉપયોગ કરીને, અમે લગભગ 300 મિલિગ્રામ માઇક્રોસ્પોરિડિયા બીજકણને શુદ્ધ કરી શક્યા અને તેનો ઉપયોગ રાઇબોઝોમને અલગ કરવા માટે કરી શક્યા.અમે પછી કાચના મણકા વડે શુદ્ધ થયેલા બીજકણને વિક્ષેપિત કર્યા અને લાઇસેટ્સના સ્ટેપવાઇઝ પોલિઇથિલિન ગ્લાયકોલ ફ્રેક્શનેશનનો ઉપયોગ કરીને ક્રૂડ રિબોઝોમને અલગ કર્યા.આનાથી અમને માળખાકીય પૃથ્થકરણ માટે આશરે 300 µg કાચા E. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમ્સ મેળવવાની મંજૂરી મળી.
અમે પછી પરિણામી રાઈબોઝોમ નમૂનાઓનો ઉપયોગ કરીને ક્રાયો-EM ઈમેજો એકત્રિત કરી અને મોટા રાઈબોસોમલ સબ્યુનિટ, નાના સબયુનિટ હેડ અને નાના સબ્યુનિટને અનુરૂપ માસ્કનો ઉપયોગ કરીને આ ઈમેજો પર પ્રક્રિયા કરી.આ પ્રક્રિયા દરમિયાન, અમે લગભગ 108,000 રિબોસોમલ કણોની છબીઓ અને 2.7 Å (પૂરક આકૃતિઓ 1-3) ના રિઝોલ્યુશન સાથે ગણતરી કરેલ ક્રાયો-EM છબીઓ એકત્રિત કરી.ત્યારપછી અમે rRNA, રિબોસોમલ પ્રોટીન, અને E. cuniculi ribosomes (Fig. 1a, b) સાથે સંકળાયેલ હાઇબરનેશન ફેક્ટર Mdf1 ને મોડેલ કરવા માટે ક્રિઓઈએમ ઈમેજોનો ઉપયોગ કર્યો.
હાઇબરનેશન ફેક્ટર Mdf1 (pdb id 7QEP) સાથે સંકુલમાં E. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમનું માળખું.b ઇ. કુનીક્યુલી રિબોઝોમ સાથે સંકળાયેલ હાઇબરનેશન ફેક્ટર Mdf1 નો નકશો.c ગૌણ માળખું નકશો માઇક્રોસ્પોરીડીયન પ્રજાતિઓમાં પુનઃપ્રાપ્ત આરઆરએનએની તુલના જાણીતી રિબોસોમલ રચનાઓ સાથે કરે છે.પેનલ્સ એમ્પ્લીફાઇડ rRNA ટુકડાઓ (ES) અને રિબોઝોમ સક્રિય સાઇટ્સનું સ્થાન દર્શાવે છે, જેમાં ડીકોડિંગ સાઇટ (DC), સાર્સિનિસિન લૂપ (SRL), અને પેપ્ટિડિલ ટ્રાન્સફરસેસ સેન્ટર (PTC)નો સમાવેશ થાય છે.d E. cuniculi ribosome ના પેપ્ટીડીલ ટ્રાન્સફરસેસ કેન્દ્રને અનુરૂપ ઇલેક્ટ્રોનની ઘનતા સૂચવે છે કે આ ઉત્પ્રેરક સ્થળ E. cuniculi પરોપજીવી અને H. sapiens સહિત તેના યજમાનોમાં સમાન માળખું ધરાવે છે.e, f ડીકોડિંગ સેન્ટર (e) ની અનુરૂપ ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા અને ડીકોડિંગ સેન્ટર (f) ની યોજનાકીય માળખું સૂચવે છે કે E. cuniculi માં A1491 (E. કોલી નંબરિંગ) ને બદલે U1491 અવશેષો છે.આ ફેરફાર સૂચવે છે કે E. cuniculi એન્ટિબાયોટિક્સ પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોઈ શકે છે જે આ સક્રિય સાઇટને લક્ષ્ય બનાવે છે.
V. necatrix અને P. locustae ribosomes ની અગાઉ સ્થપાયેલી રચનાઓથી વિપરીત (બંને માળખાં એક જ માઇક્રોસ્પોરિડિયા પરિવાર નોસેમાટિડેનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે અને એકબીજા સાથે ખૂબ જ સમાન છે), 31,32 E. cuniculi ribosomes rRNA અને પ્રોટીન ફ્રેગમેન્ટેશનની અસંખ્ય પ્રક્રિયાઓમાંથી પસાર થાય છે.વધુ વિકૃતિકરણ (પૂરક આંકડા 4-6).rRNA માં, સૌથી વધુ આઘાતજનક ફેરફારોમાં એમ્પ્લીફાઈડ 25S rRNA ટુકડા ES12Lનું સંપૂર્ણ નુકશાન અને h39, h41 અને H18 હેલીસનું આંશિક અધોગતિ (ફિગ. 1c, પૂરક ફિગ. 4)નો સમાવેશ થાય છે.રિબોસોમલ પ્રોટીનમાં, સૌથી વધુ આકર્ષક ફેરફારોમાં eS30 પ્રોટીનની સંપૂર્ણ ખોટ અને eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17 અને eS7 પ્રોટીન (પૂરક આકૃતિઓ 4, 5) ના ટૂંકાણનો સમાવેશ થાય છે.
આમ, એન્સેફાલોટોઝૂન/ઓર્ડોસ્પોરા પ્રજાતિઓના જિનોમમાં ભારે ઘટાડો તેમના રાઈબોઝોમ માળખામાં પ્રતિબિંબિત થાય છે: E. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમ માળખાકીય લાક્ષણિકતાને આધીન યુકેરીયોટિક સાયટોપ્લાઝમિક રાઈબોઝોમમાં પ્રોટીનની સામગ્રીમાં સૌથી વધુ નાટકીય નુકશાન અનુભવે છે, અને તેમની પાસે એવા પણ નથી કે જે માત્ર ત્રણ rRNA અને વિશાળ પ્રોટીનમાં હોય છે. જીવનના ક્ષેત્રો.E. cuniculi ribosome નું માળખું આ ફેરફારો માટે પ્રથમ મોલેક્યુલર મોડલ પૂરું પાડે છે અને ઉત્ક્રાંતિની ઘટનાઓ દર્શાવે છે જેને તુલનાત્મક જીનોમિક્સ અને અંતઃકોશિક બાયોમોલેક્યુલર સ્ટ્રક્ચરના અભ્યાસ (પૂરક ફિગ. 7) બંને દ્વારા અવગણવામાં આવી છે.નીચે, અમે આ દરેક ઘટનાઓનું તેમના સંભવિત ઉત્ક્રાંતિના મૂળ અને રિબોઝોમ કાર્ય પર તેમની સંભવિત અસર સાથે વર્ણન કરીએ છીએ.
પછી અમને જાણવા મળ્યું કે, મોટા આરઆરએનએ કાપવા ઉપરાંત, ઇ. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમમાં તેમની સક્રિય સાઇટ્સમાંથી એક પર આરઆરએનએ ભિન્નતા હોય છે.જો કે E. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમના પેપ્ટીડીલ ટ્રાન્સફરસેસ કેન્દ્રમાં અન્ય યુકેરીયોટિક રાઈબોઝોમ (ફિગ. 1d) જેવું જ માળખું હોય છે, તેમ છતાં ડીકોડિંગ સેન્ટર ન્યુક્લિયોટાઈડ 1491 (E. કોલી નંબરિંગ, ફિગ. 1e, f) પર ક્રમની વિવિધતાને કારણે અલગ પડે છે.આ અવલોકન મહત્વનું છે કારણ કે યુકેરીયોટિક રાઈબોઝોમના ડીકોડિંગ સાઈટમાં સામાન્ય રીતે બેક્ટેરિયલ-પ્રકારના અવશેષો A1408 અને G1491ની તુલનામાં G1408 અને A1491 અવશેષો હોય છે.આ ભિન્નતા બેક્ટેરિયલ અને યુકેરીયોટિક રિબોઝોમ્સની એમિનોગ્લાયકોસાઇડ પરિવાર માટે રિબોસોમલ એન્ટિબાયોટિક્સ અને અન્ય નાના અણુઓ કે જે ડીકોડિંગ સાઇટને લક્ષ્ય બનાવે છે તેની વિવિધ સંવેદનશીલતા દર્શાવે છે.E. cuniculi ribosome ની ડીકોડિંગ સાઇટ પર, અવશેષ A1491 ને U1491 સાથે બદલવામાં આવ્યું હતું, જે સંભવિતપણે આ સક્રિય સાઇટને લક્ષ્ય બનાવતા નાના અણુઓ માટે અનન્ય બંધનકર્તા ઇન્ટરફેસ બનાવે છે.એ જ A14901 વેરિઅન્ટ અન્ય માઇક્રોસ્પોરિડિયામાં પણ હાજર છે જેમ કે P. locustae અને V. necatrix, સૂચવે છે કે તે માઇક્રોસ્પોરિડિયા પ્રજાતિઓમાં વ્યાપક છે (ફિગ. 1f).
કારણ કે અમારા E. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમ નમૂનાઓ મેટાબોલિકલી નિષ્ક્રિય બીજકણથી અલગ કરવામાં આવ્યા હતા, અમે તણાવ અથવા ભૂખમરાની સ્થિતિમાં અગાઉ વર્ણવેલ રાઈબોઝોમ બંધન માટે E. ક્યુનિક્યુલીના ક્રાયો-EM નકશાનું પરીક્ષણ કર્યું.હાઇબરનેશન ફેક્ટર્સ 31,32,36,37, 38. અમે હાઇબરનેટિંગ રાઇબોઝોમની અગાઉ સ્થાપિત રચનાને E. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમના ક્રાયો-EM નકશા સાથે મેચ કરીએ છીએ.ડોકીંગ માટે, S. cerevisiae ribosomes નો ઉપયોગ હાઇબરનેશન પરિબળ Stm138 સાથે સંકુલમાં, Lso232 પરિબળ સાથે સંકુલમાં તીડ રાઇબોઝોમ અને Mdf1 અને Mdf231 પરિબળ સાથે સંકુલમાં V. નેકાટ્રિક્સ રાઇબોઝોમનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.તે જ સમયે, અમને બાકીના પરિબળ Mdf1 ને અનુરૂપ ક્રાયો-EM ઘનતા મળી.V. necatrix રાઈબોઝોમ સાથે Mdf1 બંધનકર્તાની જેમ, Mdf1 પણ E. cuniculi ribosome સાથે જોડાય છે, જ્યાં તે રાઈબોઝોમની E સાઇટને બ્લોક કરે છે, સંભવતઃ જ્યારે પરોપજીવી બીજકણ શરીરના નિષ્ક્રિયતા પર ચયાપચયની રીતે નિષ્ક્રિય થઈ જાય છે ત્યારે રાઈબોઝોમ ઉપલબ્ધ કરાવવામાં મદદ કરે છે.).
Mdf1 રિબોઝોમની E સાઇટને બ્લોક કરે છે, જે પરોપજીવી બીજકણ ચયાપચયની રીતે નિષ્ક્રિય થઈ જાય ત્યારે રાઈબોઝોમને નિષ્ક્રિય કરવામાં મદદ કરે છે.E. cuniculi ribosome ની રચનામાં, અમે જોયું કે Mdf1 એ L1 રિબોઝોમ સ્ટેમ સાથે અગાઉ અજાણ્યો સંપર્ક બનાવે છે, જે રાઈબોઝોમનો ભાગ છે જે પ્રોટીન સંશ્લેષણ દરમિયાન રિબોઝોમમાંથી deacylated tRNA ના પ્રકાશનને સરળ બનાવે છે.આ સંપર્કો સૂચવે છે કે Mdf1 એ ડિસેટાઇલેટેડ tRNA જેવી જ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને રાઇબોઝોમથી અલગ થઈ જાય છે, જે પ્રોટીન સંશ્લેષણને ફરીથી સક્રિય કરવા માટે રિબોઝોમ Mdf1 ને કેવી રીતે દૂર કરે છે તેની સંભવિત સમજૂતી પૂરી પાડે છે.
જો કે, અમારી રચનાએ Mdf1 અને L1 રાઇબોઝોમ લેગ (રાઇબોઝોમનો ભાગ જે પ્રોટીન સંશ્લેષણ દરમિયાન રાઇબોઝોમમાંથી ડીસીલેટેડ ટીઆરએનએને મુક્ત કરવામાં મદદ કરે છે) વચ્ચેનો અજાણ્યો સંપર્ક જાહેર કર્યો.ખાસ કરીને, Mdf1 એ ડીસીલેટેડ tRNA પરમાણુ (ફિગ. 2) ના કોણીના સેગમેન્ટ જેવા સમાન સંપર્કોનો ઉપયોગ કરે છે.આ અગાઉ અજ્ઞાત મોલેક્યુલર મોડેલિંગ દર્શાવે છે કે Mdf1 એ ડીસીટીલેટેડ tRNA જેવી જ મિકેનિઝમનો ઉપયોગ કરીને રિબોઝોમથી અલગ થઈ જાય છે, જે સમજાવે છે કે પ્રોટીન સંશ્લેષણને ફરીથી સક્રિય કરવા માટે રિબોઝોમ આ હાઇબરનેશન પરિબળને કેવી રીતે દૂર કરે છે.
rRNA મોડલ બનાવતી વખતે, અમને જણાયું કે E. cuniculi ribosome rRNA ટુકડાઓ અસામાન્ય રીતે ફોલ્ડ કરે છે, જેને અમે ફ્યુઝ્ડ rRNA (ફિગ. 3) કહીએ છીએ.જીવનના ત્રણ ક્ષેત્રોમાં ફેલાયેલા રિબોઝોમ્સમાં, rRNA માળખામાં ફોલ્ડ થાય છે જેમાં મોટા ભાગના rRNA પાયા કાં તો બેઝ પેર કરે છે અને એકબીજા સાથે ફોલ્ડ કરે છે અથવા રિબોસોમલ પ્રોટીન 38,39,40 સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે.જો કે, E. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમ્સમાં, rRNAs તેમના કેટલાક હેલિકોને અનફોલ્ડ rRNA પ્રદેશોમાં રૂપાંતરિત કરીને આ ફોલ્ડિંગ સિદ્ધાંતનું ઉલ્લંઘન કરે છે.
S. cerevisiae, V. necatrix, અને E. cuniculi માં H18 25S rRNA હેલિક્સનું માળખું.સામાન્ય રીતે, ત્રણ લાઇફ ડોમેન્સમાં ફેલાયેલા રાઇબોઝોમ્સમાં, આ લિંકર આરએનએ હેલિક્સમાં જોડાય છે જેમાં 24 થી 34 અવશેષો હોય છે.માઇક્રોસ્પોરિડિયામાં, તેનાથી વિપરિત, આ rRNA લિંકર ધીમે ધીમે માત્ર 12 અવશેષો ધરાવતા બે સિંગલ-સ્ટ્રેન્ડેડ યુરિડિન-સમૃદ્ધ લિંકર્સમાં ઘટાડો થાય છે.આમાંના મોટાભાગના અવશેષો દ્રાવકના સંપર્કમાં આવે છે.આકૃતિ બતાવે છે કે પરોપજીવી માઇક્રોસ્પોરિડિયા rRNA ફોલ્ડિંગના સામાન્ય સિદ્ધાંતોનું ઉલ્લંઘન કરતી દેખાય છે, જ્યાં rRNA પાયા સામાન્ય રીતે અન્ય પાયા સાથે જોડાયેલા હોય છે અથવા rRNA-પ્રોટીન ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં સામેલ હોય છે.માઇક્રોસ્પોરિડિયામાં, કેટલાક rRNA ટુકડાઓ બિનતરફેણકારી ગણો લે છે, જેમાં ભૂતપૂર્વ rRNA હેલિક્સ લગભગ એક સીધી રેખામાં વિસ્તરેલ એકલ-અસરવાળો ટુકડો બની જાય છે.આ અસામાન્ય પ્રદેશોની હાજરી માઇક્રોસ્પોરિડિયા આરઆરએનએને ન્યૂનતમ સંખ્યામાં આરએનએ પાયાનો ઉપયોગ કરીને દૂરના આરઆરએનએ ટુકડાઓ બાંધવાની મંજૂરી આપે છે.
આ ઉત્ક્રાંતિ સંક્રમણનું સૌથી આકર્ષક ઉદાહરણ H18 25S rRNA હેલિક્સ (ફિગ. 3) માં જોઈ શકાય છે.ઇ. કોલીથી મનુષ્ય સુધીની પ્રજાતિઓમાં, આ rRNA હેલિક્સના પાયામાં 24-32 ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ હોય છે, જે સહેજ અનિયમિત હેલિક્સ બનાવે છે.V. necatrix અને P. locustae માંથી અગાઉ ઓળખાયેલ રાઈબોસોમલ સ્ટ્રક્ચર્સમાં, 31,32 H18 હેલિક્સના પાયા આંશિક રીતે અનકોઈલેડ છે, પરંતુ ન્યુક્લિયોટાઈડ બેઝ પેરિંગ સચવાય છે.જો કે, E. ક્યુનિક્યુલીમાં આ rRNA ટુકડો સૌથી ટૂંકા લિંકર્સ 228UUUGU232 અને 301UUUUUUUU307 બની જાય છે.લાક્ષણિક rRNA ટુકડાઓથી વિપરીત, આ યુરિડિન-સમૃદ્ધ લિંકર્સ રિબોસોમલ પ્રોટીન સાથે કોઇલ થતા નથી અથવા વ્યાપક સંપર્ક કરતા નથી.તેના બદલે, તેઓ દ્રાવક-ખુલ્લી અને સંપૂર્ણ રીતે ખુલ્લું માળખું અપનાવે છે જેમાં rRNA સ્ટ્રેન્ડ લગભગ સીધા વિસ્તૃત હોય છે.આ વિસ્તરેલ રચના સમજાવે છે કે કેવી રીતે E. ક્યુનિક્યુલી H16 અને H18 rRNA હેલિકોસ વચ્ચેના 33 Å ગેપને ભરવા માટે માત્ર 12 RNA પાયાનો ઉપયોગ કરે છે, જ્યારે અન્ય પ્રજાતિઓને આ અંતર ભરવા માટે ઓછામાં ઓછા બમણા rRNA પાયાની જરૂર પડે છે.
આમ, અમે દર્શાવી શકીએ છીએ કે, ઊર્જાસભર રીતે બિનતરફેણકારી ફોલ્ડિંગ દ્વારા, પરોપજીવી માઇક્રોસ્પોરિડિયાએ જીવનના ત્રણ ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે સચવાયેલી પ્રજાતિઓમાં તે rRNA વિભાગોને પણ સંકુચિત કરવાની વ્યૂહરચના વિકસાવી છે.દેખીતી રીતે, આરઆરએનએ હેલિકોને ટૂંકા પોલી-યુ લિન્કર્સમાં રૂપાંતરિત કરતા પરિવર્તનો એકઠા કરીને, ઇ. ક્યુનિક્યુલી દૂરના આરઆરએનએ ટુકડાઓના બંધન માટે શક્ય તેટલા ઓછા ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ ધરાવતા અસામાન્ય rRNA ટુકડાઓ બનાવી શકે છે.આ સમજાવવામાં મદદ કરે છે કે કેવી રીતે માઇક્રોસ્પોરિડિયાએ તેમની માળખાકીય અને કાર્યાત્મક અખંડિતતા ગુમાવ્યા વિના તેમના મૂળભૂત પરમાણુ માળખામાં નાટકીય ઘટાડો કર્યો.
E. cuniculi rRNA નું બીજું એક અસામાન્ય લક્ષણ એ છે કે જાડું થવું વગર rRNA દેખાવું (ફિગ. 4).બલ્જીસ એ બેઝ પેર વગરના ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ છે જે આરએનએ હેલિક્સમાં છુપાવવાને બદલે બહાર વળે છે.મોટા ભાગના rRNA પ્રોટ્રુશન્સ મોલેક્યુલર એડહેસિવ તરીકે કામ કરે છે, જે નજીકના રિબોસોમલ પ્રોટીન અથવા અન્ય rRNA ટુકડાઓને બાંધવામાં મદદ કરે છે.કેટલાક બલ્જેસ હિન્જ્સ તરીકે કામ કરે છે, જે rRNA હેલિક્સને ફ્લેક્સ અને ફોલ્ડ કરવા માટે શ્રેષ્ઠ રીતે ઉત્પાદક પ્રોટીન સંશ્લેષણ માટે પરવાનગી આપે છે 41.
એક આરઆરએનએ પ્રોટ્રુઝન (એસ. સેરેવિસિયા નંબરિંગ) ઇ. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમ સ્ટ્રક્ચરમાંથી ગેરહાજર છે, પરંતુ મોટા ભાગના અન્ય યુકેરિયોટ્સ બી ઇ. કોલી, એસ. સેરેવિસિયા, એચ. સેપિયન્સ અને ઇ. ક્યુનિક્યુલી આંતરિક રિબોઝોમ્સમાં હાજર છે.પરોપજીવીઓમાં ઘણા પ્રાચીન, અત્યંત સંરક્ષિત આરઆરએનએ બલ્જનો અભાવ છે.આ જાડું થવું રિબોઝોમ માળખું સ્થિર કરે છે;તેથી, માઇક્રોસ્પોરિડિયામાં તેમની ગેરહાજરી માઇક્રોસ્પોરિડિયા પરોપજીવીઓમાં rRNA ફોલ્ડિંગની ઓછી સ્થિરતા સૂચવે છે.P સ્ટેમ્સ (બેક્ટેરિયામાં L7/L12 સ્ટેમ્સ) સાથે સરખામણી બતાવે છે કે rRNA બમ્પ્સનું નુકસાન ક્યારેક ખોવાયેલા બમ્પ્સની બાજુમાં નવા બમ્પના દેખાવ સાથે એકરુપ હોય છે.23S/28S rRNA માં H42 હેલિક્સ એક પ્રાચીન બલ્જ ધરાવે છે (સેકરોમીસીસ સેરેવિસીયામાં U1206) જીવનના ત્રણ ક્ષેત્રોમાં તેના રક્ષણને કારણે ઓછામાં ઓછો 3.5 અબજ વર્ષ જૂનો હોવાનો અંદાજ છે.માઇક્રોસ્પોરિડિયામાં, આ બલ્જ નાબૂદ થાય છે.જો કે, ખોવાયેલા બલ્જની બાજુમાં એક નવો મણકો દેખાયો (E. ક્યુનિક્યુલીમાં A1306).
આશ્ચર્યજનક રીતે, અમે જોયું કે E. ક્યુનિક્યુલી રાઈબોઝોમમાં અન્ય યુકેરીયોટ્સ (ફિગ. 4a) માં સંરક્ષિત 30 થી વધુ બલ્જેસ સહિત અન્ય પ્રજાતિઓમાં જોવા મળતા મોટાભાગના rRNA બલ્જેસનો અભાવ છે.આ નુકશાન રાઈબોસોમલ સબ્યુનિટ્સ અને અડીને આવેલા rRNA હેલીસીસ વચ્ચેના ઘણા સંપર્કોને દૂર કરે છે, કેટલીકવાર રિબોઝોમની અંદર મોટા હોલો વોઈડ્સ બનાવે છે, જે E. ક્યુનિક્યુલી રાઈબોઝોમને વધુ પરંપરાગત રાઈબોઝોમ (ફિગ. 4b) ની સરખામણીમાં વધુ છિદ્રાળુ બનાવે છે.નોંધનીય રીતે, અમે જોયું કે આમાંના મોટા ભાગના બલ્જીસ અગાઉ ઓળખાયેલ V. necatrix અને P. Locustae ribosome સ્ટ્રક્ચર્સમાં પણ ખોવાઈ ગયા હતા, જેને અગાઉના માળખાકીય વિશ્લેષણ 31,32 દ્વારા અવગણવામાં આવ્યા હતા.
કેટલીકવાર rRNA બલ્જનું નુકશાન ખોવાયેલા બલ્જની બાજુમાં નવા બલ્જેસના વિકાસ સાથે હોય છે.ઉદાહરણ તરીકે, રિબોસોમલ પી-સ્ટેમમાં U1208 મણકાનો સમાવેશ થાય છે (સેકરોમીસીસ સેરેવિસીયામાં) જે ઇ. કોલીથી મનુષ્યો સુધી બચી ગયો હતો અને તેથી તે 3.5 અબજ વર્ષ જૂનો હોવાનો અંદાજ છે.પ્રોટીન સંશ્લેષણ દરમિયાન, આ મણકા P સ્ટેમને ખુલ્લી અને બંધ રચનાઓ વચ્ચે ખસેડવામાં મદદ કરે છે જેથી રાઈબોઝોમ અનુવાદના પરિબળોની ભરતી કરી શકે અને તેમને સક્રિય સાઇટ પર પહોંચાડી શકે.E. cuniculi ribosomes માં, આ જાડું થવું ગેરહાજર છે;જો કે, માત્ર ત્રણ પાયાની જોડીમાં સ્થિત નવું જાડું થવું (G883) P સ્ટેમ (ફિગ. 4c) ની શ્રેષ્ઠ લવચીકતાને પુનઃસ્થાપિત કરવામાં ફાળો આપી શકે છે.
બલ્જેસ વિના rRNA પરનો અમારો ડેટા સૂચવે છે કે rRNA લઘુત્તમીકરણ રાઈબોઝોમની સપાટી પરના rRNA તત્વોના નુકસાન સુધી મર્યાદિત નથી, પરંતુ તેમાં રાઈબોઝોમ ન્યુક્લિયસ પણ સામેલ હોઈ શકે છે, જે પરોપજીવી-વિશિષ્ટ મોલેક્યુલર ખામી બનાવે છે જે મુક્ત-જીવંત કોષોમાં વર્ણવવામાં આવી નથી.જીવંત પ્રજાતિઓ અવલોકન કરવામાં આવે છે.
કેનોનિકલ રિબોસોમલ પ્રોટીન અને આરઆરએનએનું મોડેલિંગ કર્યા પછી, અમે જોયું કે પરંપરાગત રિબોસોમલ ઘટકો ક્રાયો-ઈએમ ઈમેજના ત્રણ ભાગોને સમજાવી શકતા નથી.આમાંના બે ટુકડાઓ કદમાં નાના અણુઓ છે (ફિગ. 5, પૂરક ફિગ. 8).પ્રથમ સેગમેન્ટને રિબોસોમલ પ્રોટીન uL15 અને eL18 વચ્ચે સેન્ડવીચ કરવામાં આવે છે જે સામાન્ય રીતે eL18 ના C-ટર્મિનસ દ્વારા કબજે કરવામાં આવે છે, જે E. cuniculi માં ટૂંકી કરવામાં આવે છે.જો કે આપણે આ પરમાણુની ઓળખ નક્કી કરી શકતા નથી, પરંતુ આ ઘનતા ટાપુનું કદ અને આકાર શુક્રાણુઓના પરમાણુઓની હાજરી દ્વારા સારી રીતે સમજાવવામાં આવે છે.રિબોઝોમ સાથે તેનું બંધન uL15 પ્રોટીન (Asp51 અને Arg56) માં માઇક્રોસ્પોરિડિયા-વિશિષ્ટ પરિવર્તનો દ્વારા સ્થિર થાય છે, જે આ નાના પરમાણુ માટે રાઇબોઝોમની આકર્ષણમાં વધારો કરે છે, કારણ કે તેઓ uL15 ને નાના પરમાણુને રિબોસોમલ સ્ટ્રક્ચરમાં લપેટી દેવાની મંજૂરી આપે છે.પૂરક આકૃતિ 2).8, વધારાનો ડેટા 1, 2).
ક્રાયો-ઈએમ ઇમેજિંગ ઇ. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમ સાથે બંધાયેલા રાઇબોઝની બહાર ન્યુક્લિયોટાઇડ્સની હાજરી દર્શાવે છે.E. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમમાં, આ ન્યુક્લિયોટાઇડ એ જ સ્થાન ધરાવે છે જે 25S rRNA A3186 ન્યુક્લિયોટાઇડ (સેકરોમીસીસ સેરેવિસિયા નંબરિંગ) મોટાભાગના અન્ય યુકેરીયોટિક રિબોઝોમમાં ધરાવે છે.b E. ક્યુનિક્યુલીના રિબોસોમલ સ્ટ્રક્ચરમાં, આ ન્યુક્લિયોટાઇડ રિબોસોમલ પ્રોટીન uL9 અને eL20 વચ્ચે સ્થિત છે, જેનાથી બે પ્રોટીન વચ્ચેનો સંપર્ક સ્થિર થાય છે.માઇક્રોસ્પોરિડિયા પ્રજાતિઓમાં સીડી eL20 ક્રમ સંરક્ષણ વિશ્લેષણ.માઇક્રોસ્પોરિડિયા પ્રજાતિઓ (c) ના ફાયલોજેનેટિક વૃક્ષ અને eL20 પ્રોટીન (d) ની બહુવિધ અનુક્રમ ગોઠવણી દર્શાવે છે કે ન્યુક્લિયોટાઇડ-બંધનકર્તા અવશેષો F170 અને K172 મોટાભાગના લાક્ષણિક માઇક્રોસ્પોરિડિયામાં સચવાયેલા છે, S. lophii ના અપવાદ સાથે, પ્રારંભિક શાખાઓ, જે માઇક્રોસ્પોરિડિયા, 2000 ની પ્રારંભિક શાખાઓ ધરાવે છે.e આ આંકડો દર્શાવે છે કે ન્યુક્લિયોટાઇડ-બંધનકર્તા અવશેષો F170 અને K172 માત્ર અત્યંત ઘટાડેલા માઇક્રોસ્પોરિડિયા જીનોમના eL20માં હાજર છે, પરંતુ અન્ય યુકેરીયોટ્સમાં નથી.એકંદરે, આ ડેટા સૂચવે છે કે માઇક્રોસ્પોરીડિયન રિબોઝોમે ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધનકર્તા સાઇટ વિકસાવી છે જે એએમપી પરમાણુઓને બાંધતી દેખાય છે અને રિબોસોમલ માળખામાં પ્રોટીન-પ્રોટીન ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને સ્થિર કરવા માટે તેનો ઉપયોગ કરે છે.માઇક્રોસ્પોરિડિયામાં આ બંધનકર્તા સાઇટનું ઉચ્ચ સંરક્ષણ અને અન્ય યુકેરિયોટ્સમાં તેની ગેરહાજરી સૂચવે છે કે આ સાઇટ માઇક્રોસ્પોરિડિયા માટે પસંદગીયુક્ત અસ્તિત્વ લાભ પ્રદાન કરી શકે છે.આમ, માઇક્રોસ્પોરિડિયા રાઇબોઝોમમાં ન્યુક્લિયોટાઇડ-બંધનકર્તા ખિસ્સા અગાઉ વર્ણવ્યા મુજબ આરઆરએનએ અધોગતિનું અધોગતિશીલ લક્ષણ અથવા અંતિમ સ્વરૂપ દેખાતું નથી, પરંતુ એક ઉપયોગી ઉત્ક્રાંતિ નવીનતા છે જે માઇક્રોસ્પોરિડિયા રાઇબોઝોમને નાના અણુઓને સીધા બાંધવા દે છે, તેનો ઉપયોગ મોલેક્યુલર બિલ્ડિંગ બ્લોક તરીકે કરે છે.રાઈબોઝોમ માટે બિલ્ડીંગ બ્લોક્સ.આ શોધ માઇક્રોસ્પોરિડિયા રાઇબોઝોમને એકમાત્ર રિબોઝોમ બનાવે છે જે તેના માળખાકીય બિલ્ડિંગ બ્લોક તરીકે એક ન્યુક્લિયોટાઇડનો ઉપયોગ કરવા માટે જાણીતી છે.f ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધનમાંથી મેળવેલ કાલ્પનિક ઉત્ક્રાંતિ માર્ગ.
બીજી ઓછી મોલેક્યુલર વેઇટ ડેન્સિટી રિબોસોમલ પ્રોટીન uL9 અને eL30 (ફિગ. 5a) વચ્ચેના ઇન્ટરફેસ પર સ્થિત છે.આ ઈન્ટરફેસનું અગાઉ સેકરોમીસીસ સેરેવિસીયા રાઈબોઝોમની રચનામાં rRNA A3186 (ES39L rRNA એક્સ્ટેંશનનો ભાગ) 38 ના 25S ન્યુક્લિયોટાઈડ માટે બંધનકર્તા સ્થળ તરીકે વર્ણવવામાં આવ્યું હતું.એવું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે અધોગતિ પામેલા P. locustae ES39L રાઈબોઝોમમાં, આ ઈન્ટરફેસ અજાણ્યા સિંગલ ન્યુક્લિયોટાઈડ 31 સાથે જોડાય છે, અને એવું માનવામાં આવે છે કે આ ન્યુક્લિયોટાઈડ rRNA નું ઘટાડેલું અંતિમ સ્વરૂપ છે, જેમાં rRNA ની લંબાઈ ~130-230 પાયા છે.ES39L એક ન્યુક્લિયોટાઇડ 32.43 સુધી ઘટાડ્યું છે.અમારી ક્રાયો-EM છબીઓ એ વિચારને સમર્થન આપે છે કે ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ દ્વારા ઘનતાને સમજાવી શકાય છે.જો કે, અમારી રચનાના ઉચ્ચ રિઝોલ્યુશન દર્શાવે છે કે આ ન્યુક્લિયોટાઇડ એક એક્સ્ટ્રારિબોસોમલ પરમાણુ છે, સંભવતઃ AMP (ફિગ. 5a, b).
અમે પછી પૂછ્યું કે ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધનકર્તા સાઇટ E. ક્યુનિક્યુલી રાઇબોઝોમમાં દેખાય છે કે શું તે પહેલાં અસ્તિત્વમાં છે.ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધન મુખ્યત્વે eL30 રિબોસોમલ પ્રોટીનમાં Phe170 અને Lys172 અવશેષો દ્વારા મધ્યસ્થી કરવામાં આવતું હોવાથી, અમે 4396 પ્રતિનિધિ યુકેરીયોટ્સમાં આ અવશેષોના સંરક્ષણનું મૂલ્યાંકન કર્યું.ઉપરના યુએલ 15 ના કિસ્સામાં, અમે જોયું કે પીએચઇ 170 અને લાઇસ 172 અવશેષો ફક્ત લાક્ષણિક માઇક્રોસ્પોરીડિયામાં ખૂબ જ સુરક્ષિત છે, પરંતુ અન્ય યુકેરીયોટ્સમાં ગેરહાજર છે, જેમાં એટીપિકલ માઇક્રોસ્પોરિડીઆ મિટોસ્પોરિડિયમ અને એમ્ફિયામ્બલીઝનો સમાવેશ થાય છે, જેમાં ES39L RRNA ટુકડો 44, 45, 46 (ફિગ. 5) નો ઘટાડો થયો નથી.-e).
એકસાથે લેવામાં આવે તો, આ ડેટા એ વિચારને સમર્થન આપે છે કે E. ક્યુનિક્યુલી અને સંભવતઃ અન્ય કેનોનિકલ માઇક્રોસ્પોરિડિયાએ rRNA અને પ્રોટીનના સ્તરમાં ઘટાડા માટે વળતર આપવા માટે રિબોઝોમ માળખામાં મોટી સંખ્યામાં નાના ચયાપચયને અસરકારક રીતે પકડવાની ક્ષમતા વિકસાવી છે.આમ કરવાથી, તેઓએ રિબોઝોમની બહાર ન્યુક્લિયોટાઇડ્સને બાંધવાની અનન્ય ક્ષમતા વિકસાવી છે, જે દર્શાવે છે કે પરોપજીવી પરમાણુ રચનાઓ વિપુલ પ્રમાણમાં નાના ચયાપચયને કબજે કરીને અને ડિગ્રેડેડ આરએનએ અને પ્રોટીન ટુકડાઓના માળખાકીય નકલ તરીકે ઉપયોગ કરીને વળતર આપે છે..
અમારા ક્રાયો-EM નકશાનો ત્રીજો અનસિમ્યુલેટેડ ભાગ, મોટા રિબોસોમલ સબ્યુનિટમાં જોવા મળે છે.અમારા નકશાનું પ્રમાણમાં ઊંચું રીઝોલ્યુશન (2.6 Å) સૂચવે છે કે આ ઘનતા મોટી બાજુની સાંકળના અવશેષોના અનન્ય સંયોજનો સાથેના પ્રોટીનની છે, જેણે અમને આ ઘનતાને અગાઉના અજાણ્યા રિબોસોમલ પ્રોટીન તરીકે ઓળખવાની મંજૂરી આપી હતી જેને અમે msL2 (માઈક્રોસ્પોરિડિયા-વિશિષ્ટ પ્રોટીન L2) નામ આપ્યું હતું (પદ્ધતિઓ, આકૃતિ 6).અમારી હોમોલોજી શોધ દર્શાવે છે કે msL2 જીનસ એન્સેફાલિટર અને ઓરોસ્પોરિડિયમના માઇક્રોસ્પોરિડિયા ક્લેડમાં સચવાય છે, પરંતુ અન્ય માઇક્રોસ્પોરિડિયા સહિત અન્ય જાતિઓમાં ગેરહાજર છે.રિબોસોમલ સ્ટ્રક્ચરમાં, msL2 વિસ્તૃત ES31L rRNA ના નુકશાનથી રચાયેલ ગેપને રોકે છે.આ રદબાતલમાં, msL2 rRNA ફોલ્ડિંગને સ્થિર કરવામાં મદદ કરે છે અને ES31L (આકૃતિ 6) ના નુકસાનની ભરપાઈ કરી શકે છે.
ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા અને માઇક્રોસ્પોરિડિયા-વિશિષ્ટ રિબોસોમલ પ્રોટીન msL2 નું મોડલ ઇ. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમમાં જોવા મળે છે.b મોટાભાગના યુકેરીયોટિક રાઈબોઝોમ, જેમાં સેકરોમીસીસ સેરેવિસીયાના 80S રાઈબોઝોમનો સમાવેશ થાય છે, મોટાભાગની માઇક્રોસ્પોરીડીયન પ્રજાતિઓમાં ES19L rRNA એમ્પ્લીફિકેશન ખોવાઈ ગયું છે.V. necatrix microsporidia ribosome નું અગાઉ સ્થાપિત માળખું સૂચવે છે કે આ પરોપજીવીઓમાં ES19L ની ખોટ નવા msL1 રિબોસોમલ પ્રોટીનના ઉત્ક્રાંતિ દ્વારા સરભર થાય છે.આ અભ્યાસમાં, અમને જાણવા મળ્યું છે કે E. cuniculi ribosome એ ES19L ના નુકસાન માટે દેખીતી વળતર તરીકે વધારાના રિબોસોમલ RNA ની નકલ કરી છે.જો કે, msL2 (હાલમાં કાલ્પનિક ECU06_1135 પ્રોટીન તરીકે નોંધાયેલ છે) અને msL1 વિવિધ માળખાકીય અને ઉત્ક્રાંતિ મૂળ ધરાવે છે.c ઉત્ક્રાંતિ રૂપે અસંબંધિત msL1 અને msL2 રિબોસોમલ પ્રોટીનની પેઢીની આ શોધ સૂચવે છે કે જો રિબોઝોમ તેમના rRNAમાં હાનિકારક પરિવર્તનો એકઠા કરે છે, તો તેઓ નજીકથી સંબંધિત પ્રજાતિઓના નાના સબસેટમાં પણ રચનાત્મક વિવિધતાના અભૂતપૂર્વ સ્તરો હાંસલ કરી શકે છે.આ શોધ મિટોકોન્ડ્રીયલ રાઈબોઝોમની ઉત્પત્તિ અને ઉત્ક્રાંતિને સ્પષ્ટ કરવામાં મદદ કરી શકે છે, જે તેના અત્યંત ઘટાડાવાળા આરઆરએનએ અને તમામ જાતિઓમાં પ્રોટીન રચનામાં અસામાન્ય પરિવર્તનશીલતા માટે જાણીતું છે.
અમે પછી msL2 પ્રોટીનની સરખામણી અગાઉ વર્ણવેલ msL1 પ્રોટીન સાથે કરી, જે V. necatrix રિબોઝોમમાં જોવા મળતું એકમાત્ર માઇક્રોસ્પોરિડિયા-વિશિષ્ટ રિબોસોમલ પ્રોટીન છે.અમે ચકાસવા માગીએ છીએ કે શું msL1 અને msL2 ઉત્ક્રાંતિથી સંબંધિત છે.અમારા વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે msL1 અને msL2 રિબોસોમલ માળખામાં સમાન પોલાણ ધરાવે છે, પરંતુ તેમની પ્રાથમિક અને તૃતીય રચનાઓ અલગ છે, જે તેમના સ્વતંત્ર ઉત્ક્રાંતિ મૂળ (ફિગ. 6) સૂચવે છે.આમ, msL2 ની અમારી શોધ પુરાવા આપે છે કે કોમ્પેક્ટ યુકેરીયોટિક પ્રજાતિઓના જૂથો સ્વતંત્ર રીતે rRNA ટુકડાઓના નુકસાનની ભરપાઈ કરવા માટે માળખાકીય રીતે અલગ રિબોસોમલ પ્રોટીનનો વિકાસ કરી શકે છે.આ શોધ એ નોંધપાત્ર છે કે મોટાભાગના સાયટોપ્લાઝમિક યુકેરીયોટિક રિબોઝોમમાં 81 રિબોસોમલ પ્રોટીનના એક જ પરિવાર સહિત, એક અપ્રિય પ્રોટીન હોય છે.વિસ્તૃત rRNA સેગમેન્ટ્સના નુકસાનના પ્રતિભાવમાં માઇક્રોસ્પોરિડિયાના વિવિધ ક્લેડમાં msL1 અને msL2નો દેખાવ સૂચવે છે કે પરોપજીવીના મોલેક્યુલર આર્કિટેક્ચરના અધઃપતનથી પરોપજીવીઓ વળતરયુક્ત પરિવર્તનની શોધ કરે છે, જે આખરે વિવિધ પરોપજીવી વસ્તીમાં તેમના સંપાદન તરફ દોરી શકે છે.માળખાં
છેલ્લે, જ્યારે અમારું મોડલ પૂર્ણ થયું, ત્યારે અમે જીનોમ સિક્વન્સમાંથી અનુમાનિત સાથે E. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમની રચનાની સરખામણી કરી.eL14, eL38, eL41 અને eS30 સહિતના કેટલાક રિબોસોમલ પ્રોટીન, અગાઉ ઇ. કુનીક્યુલી જીનોમમાંથી તેમના હોમોલોગ્સની દેખીતી ગેરહાજરીને કારણે ઇ. કુનીક્યુલી જીનોમમાંથી ગુમ હોવાનું માનવામાં આવતું હતું.ઘણા રિબોસોમલ પ્રોટીનની ખોટની આગાહી મોટાભાગના અન્ય અત્યંત ઘટાડેલા અંતઃકોશિક પરોપજીવીઓ અને એન્ડોસિમ્બિઓન્ટ્સમાં પણ થાય છે.ઉદાહરણ તરીકે, મોટા ભાગના મુક્ત-જીવંત બેક્ટેરિયામાં 54 રિબોસોમલ પ્રોટીનનો એક જ પરિવાર હોય છે, તેમ છતાં, આ પ્રોટીન પરિવારોમાંથી માત્ર 11 જ યજમાન-પ્રતિબંધિત બેક્ટેરિયાના દરેક વિશ્લેષણ કરાયેલ જીનોમમાં શોધી શકાય તેવા હોમોલોગ્સ ધરાવે છે.આ ધારણાના સમર્થનમાં, વી. નેકાટ્રિક્સ અને પી. લોકસ્ટે માઇક્રોસ્પોરિડિયામાં રિબોસોમલ પ્રોટીનની ખોટ પ્રાયોગિક રીતે જોવા મળી છે, જેમાં eL38 અને eL4131,32 પ્રોટીનનો અભાવ છે.
જો કે, અમારી રચનાઓ દર્શાવે છે કે માત્ર eL38, eL41 અને eS30 વાસ્તવમાં E. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમમાં ખોવાઈ ગયા છે.eL14 પ્રોટીનનું સંરક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું અને અમારી રચના દર્શાવે છે કે શા માટે આ પ્રોટીન હોમોલોજી શોધમાં મળી શક્યું નથી (ફિગ. 7).E. cuniculi ribosomes માં, rRNA-એમ્પ્લીફાઈડ ES39L ના અધોગતિને કારણે eL14 બંધનકર્તા મોટાભાગની જગ્યા નષ્ટ થઈ જાય છે.ES39L ની ગેરહાજરીમાં, eL14 એ તેની મોટાભાગની ગૌણ રચના ગુમાવી દીધી, અને e. cuniculi અને S. cerevisiae માં eL14 ક્રમનો માત્ર 18% સમાન હતો.આ નબળી ક્રમની જાળવણી નોંધપાત્ર છે કારણ કે સેકરોમીસીસ સેરેવિસીઆ અને હોમો સેપિયન્સ પણ - જીવો જે 1.5 અબજ વર્ષોના અંતરે વિકસ્યા છે - eL14 માં સમાન અવશેષોના 51% થી વધુ શેર કરે છે.સંરક્ષણની આ અસંગત ખોટ સમજાવે છે કે શા માટે E. cuniculi eL14 હાલમાં પુટેટિવ ​​M970_061160 પ્રોટીન તરીકે નોંધવામાં આવે છે અને eL1427 રિબોસોમલ પ્રોટીન તરીકે નહીં.
અને માઇક્રોસ્પોરિડિયા રિબોઝોમે ES39L rRNA એક્સ્ટેંશન ગુમાવ્યું, જેણે eL14 રિબોસોમલ પ્રોટીન બંધનકર્તા સાઇટને આંશિક રીતે દૂર કરી દીધી.ES39L ની ગેરહાજરીમાં, eL14 માઇક્રોસ્પોર પ્રોટીન ગૌણ બંધારણની ખોટમાંથી પસાર થાય છે, જેમાં ભૂતપૂર્વ rRNA-બંધનકર્તા α-helix લઘુત્તમ લંબાઈના લૂપમાં અધોગતિ પામે છે.b બહુવિધ ક્રમ સંરેખણ દર્શાવે છે કે eL14 પ્રોટીન યુકેરીયોટિક પ્રજાતિઓમાં ખૂબ જ સંરક્ષિત છે (યીસ્ટ અને માનવ હોમોલોગ્સ વચ્ચે 57% ક્રમ ઓળખ), પરંતુ માઇક્રોસ્પોરિડિયા (જેમાં 24% થી વધુ અવશેષો eL14 homologues સમાન નથી) માં નબળી રીતે સંરક્ષિત અને અલગ છે.S. cerevisiae અથવા H. sapiens માંથી).આ નબળી ક્રમ સંરક્ષણ અને ગૌણ માળખું પરિવર્તનશીલતા સમજાવે છે કે શા માટે ઇ. ક્યુનિક્યુલીમાં eL14 હોમોલોગ ક્યારેય જોવા મળ્યું નથી અને શા માટે આ પ્રોટીન E. ક્યુનિક્યુલીમાં ખોવાઈ ગયું હોવાનું માનવામાં આવે છે.તેનાથી વિપરીત, E. cuniculi eL14 ને અગાઉ પુટેટિવ ​​M970_061160 પ્રોટીન તરીકે નોંધવામાં આવ્યું હતું.આ અવલોકન સૂચવે છે કે માઇક્રોસ્પોરિડિયા જીનોમ વિવિધતા હાલમાં વધુ પડતી અંદાજવામાં આવી છે: હાલમાં માઇક્રોસ્પોરિડિયામાં ખોવાઈ ગયેલા માનવામાં આવતા કેટલાક જનીનો હકીકતમાં સચવાયેલા છે, જોકે અત્યંત ભિન્ન સ્વરૂપોમાં;તેના બદલે, કેટલાકને કૃમિ-વિશિષ્ટ પ્રોટીન (દા.ત., અનુમાનિત પ્રોટીન M970_061160) માટે માઇક્રોસ્પોરિડિયા જનીનો માટે કોડ માનવામાં આવે છે, વાસ્તવમાં અન્ય યુકેરીયોટ્સમાં જોવા મળતા ખૂબ જ વૈવિધ્યસભર પ્રોટીન માટે કોડ છે.
આ શોધ સૂચવે છે કે આરઆરએનએ ડિનેચ્યુરેશન નજીકના રાઈબોસોમલ પ્રોટીનમાં ક્રમ સંરક્ષણમાં નાટ્યાત્મક નુકશાન તરફ દોરી શકે છે, આ પ્રોટીનને હોમોલોજી શોધ માટે શોધી ન શકાય તેવું રેન્ડર કરે છે.આમ, અમે નાના જિનોમ સજીવોમાં પરમાણુ અધોગતિની વાસ્તવિક ડિગ્રીને વધુ પડતો અંદાજ આપી શકીએ છીએ, કારણ કે કેટલાક પ્રોટીન ખોવાઈ ગયા હોવાનું માનવામાં આવે છે, જો કે અત્યંત બદલાયેલા સ્વરૂપોમાં.
આત્યંતિક જીનોમ ઘટાડાની સ્થિતિમાં પરોપજીવીઓ તેમના મોલેક્યુલર મશીનોનું કાર્ય કેવી રીતે જાળવી શકે છે?અમારો અભ્યાસ E. cuniculi ના જટિલ મોલેક્યુલર માળખું (રાઈબોઝોમ) નું વર્ણન કરીને આ પ્રશ્નનો જવાબ આપે છે, જે એક સૌથી નાના યુકેરીયોટિક જીનોમ ધરાવતું જીવ છે.
તે લગભગ બે દાયકાથી જાણીતું છે કે માઇક્રોબાયલ પરોપજીવીઓમાં પ્રોટીન અને આરએનએ પરમાણુઓ મુક્ત-જીવંત પ્રજાતિઓમાં તેમના હોમોલોગસ પરમાણુઓથી અલગ પડે છે કારણ કે તેમાં ગુણવત્તા નિયંત્રણ કેન્દ્રોનો અભાવ છે, મુક્ત-જીવંત સૂક્ષ્મજીવાણુઓમાં તેમના કદના 50% સુધી ઘટાડી દેવામાં આવે છે.ઘણા કમજોર મ્યુટેશન કે જે ફોલ્ડિંગ અને કાર્યને નબળી પાડે છે.ઉદાહરણ તરીકે, નાના જિનોમ સજીવોના રાઈબોઝોમ્સ, જેમાં ઘણા અંતઃકોશિક પરોપજીવીઓ અને એન્ડોસિમ્બિઓન્ટ્સનો સમાવેશ થાય છે, મુક્ત-જીવંત પ્રજાતિઓ 27, 29, 30, 49ની તુલનામાં ઘણા રિબોસોમલ પ્રોટીન અને એક તૃતીયાંશ સુધી આરઆરએનએ ન્યુક્લિયોટાઈડ્સનો અભાવ હોવાની અપેક્ષા છે. જો કે, જે રીતે આ પરોપજીવીઓ મોટા ભાગના પરોપજીવીઓ દ્વારા કાર્ય કરે છે તે મુખ્ય રીતે સંકલિત રહે છે. જીનોમિક્સ
અમારો અભ્યાસ દર્શાવે છે કે મેક્રોમોલેક્યુલ્સનું માળખું ઉત્ક્રાંતિના ઘણા પાસાઓને ઉજાગર કરી શકે છે જેને આંતરકોષીય પરોપજીવીઓ અને અન્ય યજમાન-પ્રતિબંધિત જીવોના પરંપરાગત તુલનાત્મક જીનોમિક અભ્યાસોમાંથી કાઢવા મુશ્કેલ છે (પૂરક ફિગ. 7).ઉદાહરણ તરીકે, eL14 પ્રોટીનનું ઉદાહરણ બતાવે છે કે આપણે પરોપજીવી પ્રજાતિઓમાં મોલેક્યુલર ઉપકરણના અધોગતિની વાસ્તવિક ડિગ્રીને વધારે પડતો અંદાજ આપી શકીએ છીએ.એન્સેફાલિટીક પરોપજીવીઓમાં હવે સેંકડો માઇક્રોસ્પોરિડિયા-વિશિષ્ટ જનીનો હોવાનું માનવામાં આવે છે.જો કે, અમારા પરિણામો દર્શાવે છે કે આમાંના કેટલાક ચોક્કસ દેખાતા જનીનો વાસ્તવમાં જનીનોના ખૂબ જ અલગ પ્રકારો છે જે અન્ય યુકેરીયોટ્સમાં સામાન્ય છે.વધુમાં, msL2 પ્રોટીનનું ઉદાહરણ બતાવે છે કે કેવી રીતે આપણે નવા રાઈબોસોમલ પ્રોટીનને અવગણીએ છીએ અને પરોપજીવી મોલેક્યુલર મશીનોની સામગ્રીને ઓછો અંદાજ આપીએ છીએ.નાના પરમાણુઓનું ઉદાહરણ બતાવે છે કે કેવી રીતે આપણે પરોપજીવી પરમાણુ રચનાઓમાં સૌથી વધુ બુદ્ધિશાળી નવીનતાઓને અવગણી શકીએ છીએ જે તેમને નવી જૈવિક પ્રવૃત્તિ આપી શકે છે.
એકસાથે લેવામાં આવે તો, આ પરિણામો યજમાન-પ્રતિબંધિત જીવોના પરમાણુ બંધારણો અને મુક્ત-જીવંત સજીવોમાં તેમના સમકક્ષો વચ્ચેના તફાવતોની અમારી સમજણમાં સુધારો કરે છે.અમે બતાવીએ છીએ કે પરમાણુ મશીનો, જેને લાંબા સમયથી ઘટાડવામાં આવે છે, અધોગતિ થાય છે અને વિવિધ કમજોર પરિવર્તનોને આધિન છે, તેના બદલે વ્યવસ્થિત રીતે અવગણવામાં આવતી અસામાન્ય માળખાકીય સુવિધાઓનો સમૂહ ધરાવે છે.
બીજી બાજુ, બિન-ભારે rRNA ટુકડાઓ અને ફ્યુઝ્ડ ટુકડાઓ કે જે અમને E. cuniculi ના રાઈબોઝોમમાં મળ્યાં છે તે સૂચવે છે કે જીનોમ ઘટાડો મૂળભૂત મોલેક્યુલર મશીનરીના તે ભાગોને પણ બદલી શકે છે જે જીવનના ત્રણ ડોમેન્સમાં સચવાય છે - લગભગ 3.5 અબજ વર્ષો પછી.પ્રજાતિઓની સ્વતંત્ર ઉત્ક્રાંતિ.
E. cuniculi ribosomes માં બલ્જ-ફ્રી અને ફ્યુઝ્ડ rRNA ટુકડાઓ એન્ડોસિમ્બાયોટિક બેક્ટેરિયામાં RNA પરમાણુઓના અગાઉના અભ્યાસોના પ્રકાશમાં ખાસ રસ ધરાવે છે.ઉદાહરણ તરીકે, એફિડ એન્ડોસિમ્બિઓન્ટ બુકનેરા એફિડીકોલામાં, rRNA અને tRNA પરમાણુઓ A+T રચના પૂર્વગ્રહ અને બિન-પ્રમાણિક આધાર જોડીઓના ઊંચા પ્રમાણને કારણે તાપમાન-સંવેદનશીલ બંધારણ ધરાવતા હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. 20,50.આરએનએમાં આ ફેરફારો, તેમજ પ્રોટીન પરમાણુઓમાં ફેરફારો, હવે ભાગીદારો પર એન્ડોસિમ્બિઓન્ટ્સની વધુ પડતી નિર્ભરતા અને ગરમી 21, 23 ટ્રાન્સફર કરવામાં એન્ડોસિમ્બિઓન્ટ્સની અસમર્થતા માટે જવાબદાર હોવાનું માનવામાં આવે છે.જોકે પરોપજીવી માઇક્રોસ્પોરિડિયા આરઆરએનએ માળખાકીય રીતે અલગ ફેરફારો ધરાવે છે, આ ફેરફારોની પ્રકૃતિ સૂચવે છે કે ઘટાડો થર્મલ સ્થિરતા અને ચેપરોન પ્રોટીન પર ઉચ્ચ અવલંબન એ ઓછા જીનોમવાળા સજીવોમાં આરએનએ પરમાણુઓની સામાન્ય લાક્ષણિકતાઓ હોઈ શકે છે.
બીજી તરફ, અમારી રચનાઓ દર્શાવે છે કે પરોપજીવી માઇક્રોસ્પોરિડિયાએ વ્યાપકપણે સંરક્ષિત આરઆરએનએ અને પ્રોટીન ટુકડાઓનો પ્રતિકાર કરવાની અનન્ય ક્ષમતા વિકસાવી છે, જે વિપુલ પ્રમાણમાં અને સરળતાથી ઉપલબ્ધ નાના ચયાપચયનો ઉપયોગ ડિજનરેટ આરઆરએનએ અને પ્રોટીન ટુકડાઓની રચનાત્મક નકલ તરીકે કરવાની ક્ષમતા વિકસાવી છે.મોલેક્યુલર માળખું અધોગતિ..આ અભિપ્રાય એ હકીકત દ્વારા સમર્થિત છે કે નાના પરમાણુઓ જે rRNA અને E. ક્યુનિક્યુલીના રિબોઝોમમાં પ્રોટીનના ટુકડાઓની ખોટને વળતર આપે છે તે uL15 અને eL30 પ્રોટીનમાં માઇક્રોસ્પોરિડિયા-વિશિષ્ટ અવશેષો સાથે જોડાય છે.આ સૂચવે છે કે નાના અણુઓનું રિબોઝોમ સાથે બંધન એ હકારાત્મક પસંદગીનું ઉત્પાદન હોઈ શકે છે, જેમાં નાના પરમાણુઓ માટે રાઈબોસોમના આકર્ષણને વધારવાની તેમની ક્ષમતા માટે રિબોસોમલ પ્રોટીનમાં માઇક્રોસ્પોરિડિયા-વિશિષ્ટ પરિવર્તનની પસંદગી કરવામાં આવી છે, જે વધુ કાર્યક્ષમ રિબોસોમલ સજીવો તરફ દોરી શકે છે.આ શોધ માઇક્રોબાયલ પરોપજીવીઓના પરમાણુ માળખામાં એક સ્માર્ટ નવીનતા દર્શાવે છે અને અમને પરોપજીવી પરમાણુ માળખું રિડક્ટિવ ઉત્ક્રાંતિ હોવા છતાં કેવી રીતે તેમનું કાર્ય જાળવી રાખે છે તેની વધુ સારી સમજ આપે છે.
હાલમાં, આ નાના અણુઓની ઓળખ અસ્પષ્ટ છે.માઇક્રોસ્પોરિડિયા પ્રજાતિઓ વચ્ચે રિબોસોમલ રચનામાં આ નાના અણુઓનો દેખાવ શા માટે અલગ પડે છે તે સ્પષ્ટ નથી.ખાસ કરીને, V. necatrix ના eL20 અને K172 પ્રોટીનમાં F170 અવશેષોની હાજરી હોવા છતાં, E. cuniculi અને P. locustae ના રિબોઝોમમાં ન્યુક્લિયોટાઈડનું બંધન શા માટે જોવા મળે છે તે સ્પષ્ટ નથી, અને V. necatrix ના રાઈબોઝોમમાં નહીં.આ કાઢી નાખવાનું કારણ અવશેષ 43 uL6 (ન્યુક્લિયોટાઇડ બાઈન્ડિંગ પોકેટની બાજુમાં સ્થિત છે), જે V. necatrix માં ટાયરોસિન છે અને E. cuniculi અને P. locustae માં થ્રેઓનિન નથી.Tyr43 ની વિશાળ સુગંધિત બાજુની સાંકળ સ્ટેરિક ઓવરલેપને કારણે ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધનમાં દખલ કરી શકે છે.વૈકલ્પિક રીતે, દેખીતી ન્યુક્લિયોટાઇડ કાઢી નાખવાનું કારણ ક્રાયો-ઈએમ ઇમેજિંગના નીચા રીઝોલ્યુશનને કારણે હોઈ શકે છે, જે વી. નેકાટ્રિક્સ રિબોસોમલ ટુકડાઓના મોડેલિંગને અવરોધે છે.
બીજી બાજુ, અમારું કાર્ય સૂચવે છે કે જીનોમના સડોની પ્રક્રિયા એક સંશોધનાત્મક બળ હોઈ શકે છે.ખાસ કરીને, E. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમનું માળખું સૂચવે છે કે માઇક્રોસ્પોરિડિયા રિબોઝોમમાં rRNA અને પ્રોટીનના ટુકડાઓનું નુકસાન ઉત્ક્રાંતિ દબાણ બનાવે છે જે રિબોઝોમ બંધારણમાં ફેરફારને પ્રોત્સાહન આપે છે.આ પ્રકારો રાઈબોઝોમના સક્રિય સ્થળથી દૂર જોવા મળે છે અને શ્રેષ્ઠ રાઈબોઝોમ એસેમ્બલી જાળવવામાં (અથવા પુનઃસ્થાપિત) કરવામાં મદદ કરે છે જે અન્યથા ઘટાડેલા rRNA દ્વારા વિક્ષેપિત થશે.આ સૂચવે છે કે માઇક્રોસ્પોરિડિયા રાઇબોઝોમની મુખ્ય નવીનતા જનીન ડ્રિફ્ટને બફર કરવાની જરૂરિયાતમાં વિકસિત થઈ હોવાનું જણાય છે.
કદાચ આ ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધન દ્વારા શ્રેષ્ઠ રીતે દર્શાવવામાં આવ્યું છે, જે અત્યાર સુધી અન્ય સજીવોમાં ક્યારેય જોવા મળ્યું નથી.હકીકત એ છે કે ન્યુક્લિયોટાઇડ-બંધનકર્તા અવશેષો લાક્ષણિક માઇક્રોસ્પોરિડિયામાં હાજર છે, પરંતુ અન્ય યુકેરીયોટ્સમાં નથી, સૂચવે છે કે ન્યુક્લિયોટાઇડ-બંધનકર્તા સાઇટ્સ માત્ર અદૃશ્ય થવાની રાહ જોઈ રહેલા અવશેષો નથી, અથવા વ્યક્તિગત ન્યુક્લિયોટાઇડ્સના સ્વરૂપમાં આરઆરએનએ માટે અંતિમ સ્થળ નથી.તેના બદલે, આ સાઇટ એક ઉપયોગી સુવિધા જેવી લાગે છે જે હકારાત્મક પસંદગીના ઘણા રાઉન્ડમાં વિકસિત થઈ શકે છે.ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધનકર્તા સાઇટ્સ કુદરતી પસંદગીની આડપેદાશ હોઈ શકે છે: એકવાર ES39L અધોગતિ થઈ જાય, ES39Lની ગેરહાજરીમાં શ્રેષ્ઠ રાઈબોઝોમ બાયોજેનેસિસને પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે માઇક્રોસ્પોરિડિયાને વળતર મેળવવાની ફરજ પાડવામાં આવે છે.કારણ કે આ ન્યુક્લિયોટાઇડ ES39L માં A3186 ન્યુક્લિયોટાઇડના પરમાણુ સંપર્કોની નકલ કરી શકે છે, તેથી ન્યુક્લિયોટાઇડ પરમાણુ રાઈબોઝોમનો બિલ્ડીંગ બ્લોક બની જાય છે, જેનું બંધન eL30 ક્રમના પરિવર્તન દ્વારા વધુ સુધારેલ છે.
અંતઃકોશિક પરોપજીવીઓના પરમાણુ ઉત્ક્રાંતિના સંદર્ભમાં, અમારો અભ્યાસ દર્શાવે છે કે ડાર્વિનિયન પ્રાકૃતિક પસંદગીના દળો અને જિનોમના સડોના આનુવંશિક પ્રવાહો સમાંતર રીતે કાર્ય કરતા નથી, પરંતુ ઓસીલેટે છે.પ્રથમ, આનુવંશિક ડ્રિફ્ટ બાયોમોલેક્યુલ્સની મહત્વપૂર્ણ લાક્ષણિકતાઓને દૂર કરે છે, જેનાથી વળતરની ખૂબ જ જરૂર પડે છે.જ્યારે પરોપજીવીઓ ડાર્વિનિયન કુદરતી પસંદગી દ્વારા આ જરૂરિયાતને સંતોષે છે ત્યારે જ તેમના મેક્રોમોલેક્યુલ્સને તેમના સૌથી પ્રભાવશાળી અને નવીન લક્ષણો વિકસાવવાની તક મળશે.અગત્યની રીતે, E. cuniculi ribosome માં ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધનકર્તા સ્થળોની ઉત્ક્રાંતિ સૂચવે છે કે પરમાણુ ઉત્ક્રાંતિની આ નુકસાન-થી-લાભ પેટર્ન માત્ર હાનિકારક પરિવર્તનોને જ નહીં, પરંતુ કેટલીકવાર પરોપજીવી મેક્રોમોલેક્યુલ્સ પર સંપૂર્ણપણે નવા કાર્યો પ્રદાન કરે છે.
આ વિચાર સેવેલ રાઈટના મૂવિંગ ઇક્વિલિબ્રિયમ થિયરી સાથે સુસંગત છે, જે જણાવે છે કે કુદરતી પસંદગીની કડક સિસ્ટમ 51,52,53 નવીન કરવાની સજીવોની ક્ષમતાને મર્યાદિત કરે છે.જો કે, જો આનુવંશિક પ્રવાહ કુદરતી પસંદગીમાં ખલેલ પહોંચાડે છે, તો આ પ્રવાહો એવા ફેરફારો પેદા કરી શકે છે જે પોતાને અનુકૂલનશીલ (અથવા હાનિકારક પણ) નથી પરંતુ વધુ ફેરફારો તરફ દોરી જાય છે જે ઉચ્ચ તંદુરસ્તી અથવા નવી જૈવિક પ્રવૃત્તિ પ્રદાન કરે છે.અમારું માળખું આ વિચારને સમજાવીને સમર્થન આપે છે કે સમાન પ્રકારનું પરિવર્તન જે બાયોમોલેક્યુલના ફોલ્ડ અને કાર્યને ઘટાડે છે તે તેના સુધારણા માટે મુખ્ય ટ્રિગર હોય તેવું લાગે છે.વિન-વિન ઇવોલ્યુશનરી મોડલને અનુરૂપ, અમારો અભ્યાસ દર્શાવે છે કે જીનોમનો સડો, પરંપરાગત રીતે ડીજનરેટિવ પ્રક્રિયા તરીકે જોવામાં આવે છે, તે પણ નવીનતાનો મુખ્ય પ્રેરક છે, કેટલીકવાર અને કદાચ ઘણીવાર મેક્રોમોલેક્યુલ્સને નવી પરોપજીવી પ્રવૃત્તિઓ પ્રાપ્ત કરવાની મંજૂરી આપે છે.તેમનો ઉપયોગ કરી શકે છે.