Merci fir besicht Nature.com.D'Browser Versioun déi Dir benotzt huet limitéiert CSS Ënnerstëtzung.Fir déi bescht Erfahrung empfeelen mir Iech en aktualiséierte Browser ze benotzen (oder de Kompatibilitéitsmodus am Internet Explorer auszeschalten).An der Tëschenzäit, fir weider Ënnerstëtzung ze garantéieren, wäerte mir de Site ouni Stiler a JavaScript maachen.
D'Evolutioun vu mikrobiellen Parasiten beinhalt eng Konteraktioun tëscht der natierlecher Selektioun, déi d'Parasiten verbessert, an der genetescher Drift, déi d'Parasiten d'Genen verléieren a schiedlech Mutatiounen accumuléieren.Hei, fir ze verstoen wéi dës Konteraktioun op der Skala vun enger eenzeger Makromolekül geschitt, beschreiwen mir d'Cryo-EM Struktur vum Ribosom vun Encephalitozoon cuniculi, engem eukaryoteschen Organismus mat engem vun de klengste Genomen an der Natur.Déi extrem Reduktioun vun rRNA an E. cuniculi Ribosomen ass begleet vun ongeklärten strukturelle Verännerungen, wéi d'Evolutioun vu bis elo onbekannte verschmolzene rRNA Linker an rRNA ouni Bulges.Zousätzlech huet d'E. cuniculi Ribosom de Verloscht vun rRNA Fragmenter a Proteinen iwwerlieft andeems d'Fähigkeit entwéckelt fir kleng Molekülen als strukturell Mimik vun degradéierte rRNA Fragmenter a Proteinen ze benotzen.Insgesamt weisen mir datt molekulare Strukturen laang geduecht sinn ze reduzéieren, degeneréieren an ënnerleien zu debilitéierende Mutatiounen eng Rei kompensatoresch Mechanismen hunn, déi se trotz extremer molekulare Kontraktioun aktiv halen.
Well déi meescht Gruppe vu mikrobiellen Parasiten eenzegaarteg molekulare Tools hunn fir hir Hosten auszenotzen, musse mir dacks verschidden Therapeutik fir verschidde Gruppe vu Parasiten entwéckelen1,2.Wéi och ëmmer, nei Beweiser hindeit datt e puer Aspekter vun der Parasit Evolutioun konvergent a gréisstendeels prévisibel sinn, wat eng potenziell Basis fir breet therapeutesch Interventiounen an mikrobiellen Parasiten3,4,5,6,7,8,9 beweist.
Virdrun Aarbecht huet e gemeinsame evolutive Trend a mikrobiellen Parasiten identifizéiert, genannt Genomreduktioun oder Genom Zerfall10,11,12,13.Aktuell Fuerschung weist datt wann Mikroorganismen hire fräie Liewensstil opginn an intrazellulär Parasiten (oder Endosymbionten) ginn, hir Genome lues awer erstaunlech Metamorphosen iwwer Millioune vu Joer erliewen9,11.An engem Prozess bekannt als Genom Zerfall, mikrobielle Parasiten accumuléieren schiedlech Mutatiounen, déi vill virdru wichteg Genen a Pseudogene verwandelen, wat zu graduelle Genverloscht a mutationalen Zesummebroch féiert14,15.Dësen Zesummebroch kann bis zu 95% vun den Genen an den eelsten intrazellulären Organismen zerstéieren am Verglach mat enk verwandte fräiliewende Spezies.Also ass d'Evolutioun vun intrazelluläre Parasiten en Tug-of-Krich tëscht zwou opposéierend Kräften: Darwinesch natierlech Selektioun, déi zu der Verbesserung vu Parasiten féiert, an den Zesummebroch vum Genom, de Parasiten an d'Vergiess werfen.Wéi de Parasit et fäerdeg bruecht huet aus dësem Tug-of-Krich erauszekommen an d'Aktivitéit vu senger molekulare Struktur ze behalen bleift onkloer.
Och wann de Mechanismus vum Genom Zerfall net voll verstanen ass, schéngt et haaptsächlech wéinst häufigen genetescher Drift optrieden.Well Parasiten a klenge, asexuellen a genetesch limitéierter Populatiounen liewen, kënnen se net effektiv schiedlech Mutatiounen eliminéieren, déi heiansdo während der DNA Replikatioun optrieden.Dëst féiert zu irreversibel Akkumulation vu schiedleche Mutatiounen a Reduktioun vum Parasitgenom.Als Resultat verléiert de Parasit net nëmmen Genen déi net méi néideg sinn fir säin Iwwerliewe am intrazellulären Ëmfeld.Et ass d'Onméiglechkeet vu Parasitpopulatiounen fir sporadesch schiedlech Mutatiounen effektiv ze eliminéieren, déi dës Mutatiounen am ganze Genom accumuléieren, dorënner hir wichtegst Genen.
Vill vun eisem aktuellen Verständnis vun der Genomreduktioun baséiert eleng op Vergläicher vu Genomsequenzen, mat manner Opmierksamkeet op Ännerungen an aktuellen Molekülen, déi Haushaltsfunktiounen ausféieren an als potenziell Drogenziler déngen.Vergläichend Studien hu gewisen datt d'Belaaschtung vu schiedlechen intrazelluläre mikrobiellen Mutatiounen scheinbar Proteinen an Nukleinsäuren ze predisponéieren fir falsch ze falen an ze aggregéieren, sou datt se méi Chaperon-ofhängeg an hypersensibel géint Hëtzt19,20,21,22,23 maachen.Zousätzlech hu verschidde Parasiten - onofhängeg Evolutioun heiansdo getrennt vu sou vill wéi 2,5 Milliarde Joer - en ähnleche Verloscht vu Qualitéitskontrollzentren an hirer Proteinsynthese5,6 an DNA Reparaturmechanismen24 erlieft.Wéi och ëmmer, wéineg ass bekannt iwwer den Impakt vum intrazelluläre Liewensstil op all aner Eegeschafte vun celluläre Makromolekülen, och molekulare Adaptatioun un eng ëmmer méi Belaaschtung vu schiedleche Mutatiounen.
An dëser Aarbecht, fir d'Evolutioun vu Proteinen an Nukleinsäuren vun intrazelluläre Mikroorganismen besser ze verstoen, hu mir d'Struktur vun de Ribosomen vum intrazelluläre Parasit Encephalitozoon cuniculi bestëmmt.E. cuniculi ass e Pilz-ähnlechen Organismus, deen zu enger Grupp vu parasitäre Mikrosporidien gehéiert, déi ongewéinlech kleng eukaryotesche Genomen hunn an dofir als Modellorganismen benotzt gi fir den Zerfall vum Genom25,26,27,28,29,30 ze studéieren.Viru kuerzem gouf d'Cryo-EM Ribosomstruktur fir mëttelméisseg reduzéiert Genome vu Microsporidia, Paranosema locustae a Vairimorpha necatrix31,32 (~ 3.2 Mb Genom) bestëmmt.Dës Strukture suggeréieren datt e puer Verloscht vun rRNA Verstäerkung duerch d'Entwécklung vun neie Kontakter tëscht Nopeschlänner ribosomal Proteinen oder d'Acquisitioun vun neie msL131,32 ribosomal Proteinen kompenséiert ass.Spezies Encephalitozoon (Genom ~ 2,5 Millioune bp), zesumme mat hirem nooste Relativ Ordospora, demonstréieren den ultimative Grad vun der Genomreduktioun an Eukaryoten - si hu manner wéi 2000 Protein-kodéierend Genen, an et gëtt erwaart datt hir Ribosomen net nëmmen ouni rRNA Expansiounsfragmenter (rRNA-Bakterien-Fragmenter) hunn, déi och vu diskaryotinguistesche Ribosome Fragmenter hunn. ribosomal Proteinen wéinst hirem Manktem un Homologen am E. cuniculi Genom26,27,28.Dofir hu mir ofgeschloss datt den E. cuniculi Ribosom bis elo onbekannt Strategien fir molekulare Adaptatioun zum Genom Zerfall opzeweisen kann.
Eis Cryo-EM Struktur representéiert de klengste eukaryotesche zytoplasmesche Ribosom fir ze charakteriséieren a bitt Abléck wéi den ultimative Grad vun der Genomreduktioun d'Struktur, d'Assemblée an d'Evolutioun vun der molekulare Maschinn beaflosst, déi integral zu der Zell ass.Mir hunn erausfonnt datt den E. cuniculi Ribosom vill vun de wäit konservéierte Prinzipien vun der RNS-Fëllung an der Ribosommontage verletzt, an en neit, bis elo onbekannt Ribosomalprotein entdeckt.Ganz onerwaart weisen mir datt Mikrosporidien Ribosomen d'Fäegkeet evoluéiert hunn kleng Molekülen ze binden, an hypotheséieren datt Truncatiounen an rRNA a Proteinen evolutiv Innovatiounen ausléisen, déi schlussendlech nëtzlech Qualitéiten op de Ribosom vermëttelen.
Fir eist Verständnis vun der Evolutioun vu Proteinen an Nukleinsäuren an intrazellulären Organismen ze verbesseren, hu mir décidéiert E. cuniculi Spore aus Kulturen vun infizéierte Mamendéierenzellen ze isoléieren fir hir Ribosomen ze purifizéieren an d'Struktur vun dëse Ribosomen ze bestëmmen.Et ass schwéier eng grouss Zuel vu parasitäre Mikrosporidien ze kréien, well Mikrosporidien kënnen net an engem Nährstoffmedium kultivéiert ginn.Amplaz wuessen se a reproduzéieren nëmmen an der Hostzell.Dofir, fir E. cuniculi Biomass fir Ribosomreinigung ze kréien, hu mir d'Mammalian Nierzelllinn RK13 mat E. cuniculi Spore infizéiert an dës infizéiert Zellen fir e puer Woche kultivéiert fir E. cuniculi ze wuessen a multiplizéieren.Mat enger infizéierter Zell-Monolayer vun ongeféier engem hallwe Quadratmeter konnte mir ongeféier 300 mg Microsporidia Spore purifizéieren an se benotze fir Ribosomen ze isoléieren.Mir hunn dunn déi gereinegt Spore mat Glaspärelen gestéiert an déi rau Ribosome isoléiert mat enger stepwise Polyethylenglycol Fraktioun vun de Lysaten.Dëst huet eis erlaabt ongeféier 300 µg rau E. cuniculi Ribosomen fir strukturell Analyse ze kréien.
Mir hunn dann Cryo-EM Biller gesammelt mat de resultéierende Ribosom Echantillon a veraarbecht dës Biller mat Masken entspriechend der grousser ribosomaler Ënnerunitéit, dem klenge Ënnerunitéitskop a klenger Ënnerunitéit.Wärend dësem Prozess hu mir Biller vun ongeféier 108.000 ribosomal Partikel gesammelt a berechent Cryo-EM Biller mat enger Opléisung vun 2,7 Å (Ergänzungsfiguren 1-3).Mir benotzt dann cryoEM Biller zu Modell rRNA, ribosomal Protein, an Wanterschlof Faktor Mdf1 verbonne mat E. cuniculi Ribosomen (Lalumi 1a, b).
eng Struktur vum E. cuniculi Ribosom am Komplex mam Wanterschloffaktor Mdf1 (pdb id 7QEP).b Kaart vum Wanterschlof Faktor Mdf1 mat der E. cuniculi Ribosom assoziéiert.c Sekundär Strukturkaart vergläicht erholl rRNA a Microsporidian Arten mat bekannte ribosomale Strukturen.D'Paneele weisen d'Plaz vun den amplifizéierten rRNA Fragmenter (ES) a Ribosomaktive Siten, dorënner d'Dekodéierungsplaz (DC), d'Sarcinicin Loop (SRL), an de Peptidyl Transferase Zentrum (PTC).d D'Elektronendicht entsprécht dem Peptidyltransferase-Zentrum vum E. cuniculi-Ribosom suggeréiert datt dëse katalytesche Site déiselwecht Struktur am E. cuniculi-Parasit a sengen Hosten huet, dorënner H. sapiens.e, f Déi entspriechend Elektronendicht vum Dekodéierungszentrum (e) an déi schematesch Struktur vum Dekodéierungszentrum (f) weisen datt E. cuniculi Reschter U1491 huet anstatt A1491 (E. coli Nummeréierung) a villen aneren Eukaryoten.Dës Ännerung hindeit datt E. cuniculi op Antibiotike sensibel sinn, déi dës aktiv Säit zielen.
Am Géigesaz zu de virdrun etabléiert Strukture vun V. necatrix a P. locustae Ribosomen (béid Strukture representéieren déi selwecht microsporidia Famill Nosematidae a si ganz ähnlech zu all aner), 31,32 E. cuniculi Ribosome vill Prozesser vun rRNA an Protein Fragmentatioun ënnerhalen.Weider Denaturatioun (Ergänzungsfiguren 4-6).An rRNA, déi opfälleg Ännerungen abegraff komplett Verloscht vun der amplifizéiert 25S rRNA Fragment ES12L a partiell Degeneratioun vun h39, h41, an H18 helices (Figebam. 1c, Zousaz Lalumi 4).Ënner de ribosomalen Proteinen, déi markantste Verännerungen enthalen de komplette Verloscht vum eS30 Protein a Verkierzung vun den eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17, an eS7 Proteinen (Zousätzlech 5).
Also ass déi extrem Reduktioun vun de Genome vun Encephalotozoon / Ordospora Spezies an hirer Ribosomstruktur reflektéiert: E. cuniculi Ribosomen erliewen den dramateschen Verloscht vum Proteingehalt an eukaryoteschen zytoplasmesche Ribosomen ënnerleien der struktureller Charakteriséierung, a si hunn net emol déi rRNA a Proteinfragmenter déi net nëmmen an den dräi Domoten conservéiert sinn, awer och am Liewen.D'Struktur vum E. cuniculi Ribosom bitt den éischte molekulare Modell fir dës Verännerungen a verroden evolutiv Eventer, déi vu vergläichend Genomik a Studien vun der intrazellulärer biomolekulärer Struktur iwwersinn goufen (Ergänzungs Fig. 7).Drënner beschreiwen mir all eenzel vun dësen Eventer zesumme mat hire méigleche evolutiven Urspronk an hirem potenziellen Impakt op Ribosomfunktioun.
Mir hunn dann erausfonnt datt, nieft grousser rRNA Ofkierzungen, E. cuniculi Ribosomen rRNA Variatiounen op enger vun hiren aktive Siten hunn.Obwuel d'peptidyl transferase Zentrum vun der E. cuniculi Ribosom déi selwecht Struktur huet wéi aner eukaryotesche Ribosomen (Fig. 1d), ënnerscheet sech d'Dekodéierungszentrum duerch Sequenzvariatioun am Nukleotid 1491 (E. coli Nummeréierung, Fig. 1e, f).Dës Observatioun ass wichteg well d'Dekodéierungsplaz vun eukaryotesche Ribosomen typesch Reschter G1408 an A1491 enthält am Verglach mat bakteriellen Typ Reschter A1408 a G1491.Dës Variatioun ënnersträicht déi ënnerschiddlech Empfindlechkeet vu bakteriellen an eukaryotesche Ribosomen fir d'Aminoglykosidfamill vu ribosomalen Antibiotike an aner kleng Molekülen, déi d'Dekodéierungsplaz zielen.Op der Dekodéierungsplaz vum E. cuniculi Ribosom gouf de Rescht A1491 duerch U1491 ersat, potenziell eng eenzegaarteg bindend Interface fir kleng Moleküle erstallt, déi dës aktiv Säit zielen.Déi selwecht A14901 Variant ass och präsent an anere microsporidia wéi P. locustae a V. necatrix, suggeréiert, datt et ënnert microsporidia Arten verbreet ass (Figebam. 1f).
Well eis E. cuniculi Ribosom Echantillon aus metabolesch inaktiven Spore isoléiert goufen, hu mir d'Cryo-EM Kaart vun E. cuniculi fir virdrun beschriwwe Ribosombindung ënner Stress oder Hongerbedéngungen getest.Wanterschlof Faktoren 31,32,36,37, 38. Mir reagéiert der virdrun etabléiert Struktur vun der Wanterschlof ribosome mat der cryo-EM Kaart vun der E. cuniculi ribosom.Fir Kopplungssystem, goufen S. cerevisiae Ribosomen am Komplex mat Wanterschlof Faktor Stm138 benotzt, Locust Ribosomen am Komplex mat Lso232 Faktor, an V. necatrix Ribosomen am Komplex mat Mdf1 an Mdf231 Faktoren.Zur selwechter Zäit hu mir d'Cryo-EM Dicht fonnt, déi dem Reschtfaktor Mdf1 entsprécht.Ähnlech wéi Mdf1 bindend un de V. necatrix Ribosom, bindt Mdf1 och un den E. cuniculi Ribosom, wou et den E Site vum Ribosom blockéiert, méiglecherweis hëlleft Ribosome verfügbar ze maachen wann Parasitspore metabolesch inaktiv ginn op Kierperinaktivéierung (Figur 2).).
Mdf1 blockéiert d'E Site vum Ribosom, wat schéngt ze hëllefen de Ribosom ze inaktivéieren wann Parasit Spore metabolesch inaktiv ginn.An der Struktur vum E. cuniculi Ribosom hu mir festgestallt datt Mdf1 e bis elo onbekannte Kontakt mam L1 Ribosomstamm bilden, deen Deel vum Ribosom deen d'Verëffentlechung vun deacyléierten tRNA aus dem Ribosom während der Proteinsynthese erliichtert.Dës Kontakter suggeréieren datt Mdf1 vum Ribosom dissoziéiert mam selwechte Mechanismus wéi deacetyléiert tRNA, wat eng méiglech Erklärung ubitt fir wéi de Ribosom Mdf1 läscht fir d'Proteinsynthese ze reaktivéieren.
Wéi och ëmmer, eis Struktur huet en onbekannte Kontakt tëscht Mdf1 an dem L1 Ribosom Been opgedeckt (deen Deel vum Ribosom deen hëlleft deacyléiert tRNA aus dem Ribosom während der Proteinsynthese ze befreien).Besonnesch benotzt Mdf1 déiselwecht Kontakter wéi den Ielebou-Segment vum deacyléierten tRNA-Molekül (Fig. 2).Dës bis elo onbekannte molekulare Modellerung huet gewisen datt Mdf1 aus dem Ribosom dissoziéiert mam selwechte Mechanismus wéi deacetyléiert tRNA, wat erkläert wéi de Ribosom dëse Wanterschloffaktor läscht fir d'Proteinsynthese ze reaktivéieren.
Wann Dir de rRNA Modell konstruéiert, hu mir festgestallt datt den E. cuniculi Ribosom anormal opgeblosen rRNA Fragmenter huet, déi mir verschmolzene rRNA genannt hunn (Figebam. 3).A Ribosomen, déi déi dräi Liewensberäicher spanen, klappt rRNA a Strukturen, an deenen déi meescht rRNA Basen entweder Basepaar a sech matenee klappen oder mat ribosomalen Proteinen interagéieren38,39,40.Wéi och ëmmer, an E. cuniculi Ribosomen, schéngen rRNAs dëse Klappprinzip ze verletzen andeems se e puer vun hiren Helices an entfalene rRNA Regiounen ëmsetzen.
Struktur vun der H18 25S rRNA Helix zu S. cerevisiae, V. necatrix, an E. cuniculi.Typesch, a Ribosomen, déi déi dräi Liewensberäicher iwwerspanen, spirelt dëse Linker an eng RNA Helix déi 24 bis 34 Reschter enthält.A Microsporidia, am Géigesaz, gëtt dësen rRNA Linker graduell reduzéiert op zwee eenzegstrengeg uridinräich Linker déi nëmmen 12 Reschter enthalen.Déi meescht vun dëse Reschter sinn u Léisungsmëttel ausgesat.D'Figur weist datt parasitesch Mikrosporidien schéngen d'allgemeng Prinzipien vun der rRNA Folding ze verletzen, wou rRNA Basen normalerweis mat anere Basen gekoppelt sinn oder an rRNA-Protein Interaktiounen involvéiert sinn.A Mikrosporidien huelen e puer rRNA Fragmenter en ongënschteg Fal, an deem de fréiere rRNA Helix zu engem eenzegstrangegt Fragment gëtt, dat bal an enger riichter Linn verlängert gëtt.D'Präsenz vun dësen ongewéinleche Regiounen erlaabt d'Mikrosporidien rRNA fir wäit rRNA Fragmenter ze bindelen mat enger minimaler Zuel vu RNA Basen.
De stäerkste opfälleg Beispill vun dëser evolutiver Transitioun kann an der H18 25S rRNA Helix observéiert ginn (Figebam. 3).An Arten vun E. coli bis Mënschen, enthalen d'Basis vun dëser rRNA Helix 24-32 Nukleotiden, déi eng liicht onregelméisseg Helix bilden.A virdru identifizéierte ribosomale Strukture vu V. necatrix a P. locustae,31,32 sinn d'Basis vun der H18 Helix deelweis opgerullt, awer d'Nukleotidbasispaarung ass bewahrt.Wéi och ëmmer, bei E. cuniculi gëtt dëst rRNA-Fragment déi kürzeste Linker 228UUUGU232 an 301UUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUU301301UUUUUUUUU.Am Géigesaz zu typesche rRNA Fragmenter, spirelen dës uridinräich Linker net oder maachen extensiv Kontakt mat ribosomale Proteinen.Amplaz adoptéiere se Léisungsmëttel-oppen a voll ausgeklappt Strukturen, an deenen d'rRNA Strécke bal riicht verlängert ginn.Dës gestreckt Konformatioun erkläert wéi E. cuniculi nëmmen 12 RNA Basen benotzt fir den 33 Å Spalt tëscht den H16 an H18 rRNA Helices ze fëllen, während aner Spezies op d'mannst duebel sou vill rRNA Basen erfuerderen fir d'Lück ze fëllen.
Also kënne mir beweisen datt parasitesch Mikrosporidien duerch energesch ongënschteg Ausklappen eng Strategie entwéckelt hunn fir och déi rRNA Segmenter ze kontraktéieren, déi wäit iwwer Arten an den dräi Liewensberäicher konservéiert bleiwen.Anscheinend, duerch Akkumulation vun Mutatiounen, déi rRNA Helices a kuerze Poly-U Linker transforméieren, kënnen E. cuniculi ongewéinlech rRNA Fragmenter bilden, déi sou wéineg Nukleotiden wéi méiglech fir Ligatioun vun distale rRNA Fragmenter enthalen.Dëst hëlleft z'erklären wéi Mikrosporidien eng dramatesch Reduktioun vun hirer Basismolekulare Struktur erreecht hunn ouni hir strukturell a funktionell Integritéit ze verléieren.
Eng aner ongewéinlech Feature vum E. cuniculi rRNA ass d'Erscheinung vu rRNA ouni Verdickungen (Fig. 4).Bulges sinn Nukleotiden ouni Basispaar, déi sech aus der RNA-Heliks verdréien anstatt sech dran ze verstoppen.Déi meescht rRNA-Protrusiounen handelen als molekulare Klebstoff, hëllefen d'Nopesch ribosomal Proteinen oder aner rRNA Fragmenter ze binden.E puer vun de Bulges handelen als Scharnéier, sou datt d'rRNA Helix sech optimal fir produktiv Proteinsynthese 41 flexéiere kann.
a En rRNA-Protrusioun (S. cerevisiae Nummeréierung) fehlt an der E. cuniculi Ribosomstruktur, awer präsent an de meeschten aneren Eukaryoten b E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens an E. cuniculi intern Ribosomen.Parasiten fehlen vill vun den antike, héich konservéiert rRNA-Bulgen.Dës Verdickungen stabiliséieren d'Ribosomstruktur;dofir, hir Fehlen an microsporidia weist eng reduzéiert Stabilitéit vun rRNA ausklappen an microsporidia Parasiten.Verglach mat P staamt (L7 / L12 staamt an Bakterien) weist, datt de Verloscht vun rRNA knacken heiansdo mat der Erscheinung vun neie knacken nieft de verluerene knacken.D'H42 Helix am 23S/28S rRNA huet en antike Bulge (U1206 am Saccharomyces cerevisiae) geschat op d'mannst 3,5 Milliarde Joer al wéinst sengem Schutz an dräi Liewensberäicher.Bei Mikrosporidien gëtt dës Bulge eliminéiert.Wéi och ëmmer, eng nei Ausbroch ass nieft der verluerener Ausbroch opgetaucht (A1306 an E. cuniculi).
Opfälleg, hu mir festgestallt, datt E. cuniculi Ribosomen déi meescht vun den rRNA-Bulges feelen, déi an aner Arten fonnt goufen, dorënner méi wéi 30 Bulges, déi an aneren Eukaryoten konservéiert sinn (Fig. 4a).Dëse Verloscht eliminéiert vill Kontakter tëscht ribosomal Ënnerunitéiten an ugrenzend rRNA Helices, heiansdo schaaft grouss huel Void am Ribosom, wat den E. cuniculi Ribosom méi porös mécht am Verglach mat méi traditionelle Ribosomen (Fig. 4b).Notamment hu mir fonnt, datt déi meescht vun dëse bulges och am virdrun identifizéiert V. necatrix a P. locustae Ribosomstrukturen verluer goufen, déi duerch virdrun strukturell Analysen iwwersinn goufen31,32.
Heiansdo gëtt de Verloscht vun rRNA-Bulle begleet vun der Entwécklung vun neie Bulges nieft der verluerener Bulge.Zum Beispill enthält de ribosomalen P-Stamm eng U1208-Bung (bei Saccharomyces cerevisiae) déi vum E. coli bis bei de Mënsch iwwerlieft huet an dofir op 3,5 Milliarde Joer al geschat gëtt.Wärend der Proteinsynthese hëlleft dës Bulge de P Stamm tëscht oppenen an zouene Konformatiounen ze beweegen, sou datt de Ribosom Iwwersetzungsfaktoren rekrutéiere kann an se op den aktive Site liwweren.Bei E. cuniculi Ribosomen feelt dës Verdickung;allerdéngs kann eng nei Verdickung (G883) nëmmen an dräi Basepairen zur Restauratioun vun der optimaler Flexibilitéit vum P-Stamm bäidroen (Fig. 4c).
Eis Donnéeën iwwer rRNA ouni Bulges suggeréieren datt d'rRNA-Miniméierung net limitéiert ass op de Verloscht vun rRNA-Elementer op der Uewerfläch vum Ribosom, awer och de Ribosomkär involvéieren, e parasitspezifesche molekulare Defekt erstallt deen net a fräi lieweg Zellen beschriwwe gouf.lieweg Aarte ginn observéiert.
Nodeem d'kanonesch ribosomal Proteinen an rRNA modelléiert hunn, hu mir festgestallt datt konventionell ribosomal Komponenten déi dräi Deeler vum Cryo-EM Bild net erkläre kënnen.Zwee vun dëse Fragmenter si kleng Molekülen an der Gréisst (Fig. 5, Ergänzung Fig. 8).Den éischte Segment ass tëscht de ribosomale Proteinen uL15 an eL18 sandwiched an enger Positioun déi normalerweis vum C-Terminus vun eL18 besat ass, wat an E. cuniculi verkierzt gëtt.Och wa mir d'Identitéit vun dësem Molekül net bestëmmen kënnen, ass d'Gréisst an d'Form vun dëser Dichtinsel gutt erkläert duerch d'Präsenz vu Spermidinmolekülen.Seng Bindung un de Ribosom gëtt stabiliséiert duerch mikrosporidia-spezifesch Mutatiounen an den uL15 Proteinen (Asp51 an Arg56), déi d'Affinitéit vum Ribosom fir dëst klengt Molekül schéngen ze erhéijen, well se erlaben uL15 de klenge Molekül an eng ribosomal Struktur ze wéckelen.Zousätzlech Figur 2).8, zousätzlech Donnéeën 1, 2).
Cryo-EM Imaging weist d'Präsenz vun Nukleotiden ausserhalb vun der Ribose gebonnen un den E. cuniculi Ribosom.Am E. cuniculi Ribosom besetzt dësen Nukleotid déi selwecht Plaz wéi den 25S rRNA A3186 Nukleotid (Saccharomyces cerevisiae Nummer) an de meeschten aneren eukaryotesche Ribosomen.b An der ribosomaler Struktur vun E. cuniculi läit dësen Nukleotid tëscht de ribosomalen Proteinen uL9 an eL20, wouduerch de Kontakt tëscht deenen zwee Proteinen stabiliséiert gëtt.cd eL20 Sequenz Conservatioun Analyse ënner Microsporidia Arten.De phylogenetic Bam vun Microsporidia Arten (c) a Multiple Sequenz Ausriichtung vun der eL20 Protein (d) weisen datt nukleotid-bindende Reschter F170 an K172 am meeschte typesch Microsporidia konservéiert sinn, mat Ausnam vun S. lophii, mat Ausnam vun fréi branching Microsporidia, déi d'ES39L rRNA Extensioun behalen.e Dës Figur weist datt d'Nukleotidbindende Reschter F170 a K172 nëmmen an eL20 vum héich reduzéierten Mikrosporidiengenom präsent sinn, awer net an aneren Eukaryoten.Insgesamt suggeréieren dës Donnéeën datt Microsporidian Ribosomen eng Nukleotidbindungsplaz entwéckelt hunn, déi schéngt AMP Moleküle ze binden an ze benotzen fir Protein-Protein Interaktiounen an der ribosomaler Struktur ze stabiliséieren.Déi héich Konservatioun vun dëser Bindungsplaz zu Microsporidia a seng Fehlen an aneren Eukaryoten hindeit datt dëse Site e selektiven Iwwerliewensvirdeel fir Microsporidia ubidden kann.Also schéngt d'Nukleotidbindende Tasche am Microsporidia Ribosom net eng degeneréiert Feature oder Ennform vun der rRNA Degradatioun ze sinn wéi virdru beschriwwen, awer éischter eng nëtzlech evolutiv Innovatioun déi de Microsporidia Ribosom erlaabt direkt kleng Moleküle ze binden, se als molekulare Bausteng ze benotzen.Bausteng fir Ribosomen.Dës Entdeckung mécht de Microsporidia Ribosom deen eenzege Ribosom bekannt fir en eenzegen Nukleotid als säi strukturelle Bausteen ze benotzen.f Hypotheteschen evolutive Wee ofgeleet vun Nukleotidbindung.
Déi zweet niddereg molekulare Gewiicht Dicht läit um Interface tëscht ribosomal Proteinen uL9 an eL30 (Lalumi 5a).Dësen Interface gouf virdru beschriwwen an der Struktur vum Saccharomyces cerevisiae Ribosom als Bindungsplaz fir den 25S Nukleotid vun rRNA A3186 (Deel vun der ES39L rRNA Extensioun)38.Et gouf gewisen datt an degeneréierten P. locustae ES39L Ribosomen, dës Interface en onbekannt eenzegen Nukleotid 31 bindt, an et gëtt ugeholl datt dëst Nukleotid eng reduzéiert endgülteg Form vun rRNA ass, an där d'Längt vum rRNA ~130-230 Basen ass.ES39L gëtt op en eenzegen Nukleotid 32,43 reduzéiert.Eis Cryo-EM Biller ënnerstëtzen d'Iddi datt Dicht duerch Nukleotiden erkläert ka ginn.Wéi och ëmmer, déi méi héich Opléisung vun eiser Struktur huet gewisen datt dëst Nukleotid en extraribosomal Molekül ass, méiglecherweis AMP (Fig. 5a, b).
Mir hunn dunn gefrot ob d'Nukleotidbindungsplaz am E. cuniculi Ribosom erschéngt oder ob et virdru existéiert.Well d'Nukleotidbindung haaptsächlech vun de Phe170 a Lys172 Reschter am eL30 Ribosomal Protein vermëttelt gëtt, hu mir d'Konservatioun vun dëse Reschter an 4396 representativ Eukaryoten bewäert.Wéi am Fall vun uL15 uewen, hu mir festgestallt datt d'Phe170 a Lys172 Reschter nëmmen an typesch Microsporidia héich konservéiert sinn, awer fehlend an aneren Eukaryoten, dorënner atypesch Microsporidia Mitosporidium an Amphiamblys, an deem d'ES39L rRNA Fragment net reduzéiert ass 44, 45c (Fig, 45c).-e).
Zesummegefaasst ënnerstëtzen dës Donnéeën d'Iddi datt E. cuniculi a méiglecherweis aner kanonesch Mikrosporidien d'Fähigkeit entwéckelt hunn fir effizient grouss Zuel vu klenge Metaboliten an der Ribosomstruktur ze erfaassen fir de Réckgang vun rRNA a Proteinniveauen ze kompenséieren.Dobäi hu si eng eenzegaarteg Fäegkeet entwéckelt fir Nukleotiden ausserhalb vum Ribosom ze binden, wat weist datt parasitäre molekulare Strukturen kompenséieren andeems se vill kleng Metaboliten erfaassen an se als strukturell Mimik vun ofgebauter RNA a Proteinfragmenter benotzen..
Den drëtten onsimuléierten Deel vun eiser Cryo-EM Kaart, fonnt an der grousser ribosomaler Ënnerunitéit.Déi relativ héich Opléisung (2,6 Å) vun eiser Kaart hindeit datt dës Dicht zu Proteinen mat eenzegaartege Kombinatioune vu grousse Säitekettenreschter gehéiert, wat eis erlaabt huet dës Dicht als e virdrun onbekannt ribosomal Protein z'identifizéieren datt mir identifizéiert hunn wéi et msL2 genannt gouf (Microsporidia-spezifesch Protein L2) (Methoden, Figur 6).Eis Homologie Sich huet gewisen datt msL2 an der Microsporidia Clade vun der Gattung Encephaliter an Orosporidium konservéiert ass, awer an aner Arten fehlt, dorënner aner Microsporidia.An der ribosomaler Struktur besetzt msL2 e Spalt geformt duerch de Verloscht vun der erweiderter ES31L rRNA.An dësem Void hëlleft msL2 d'rRNA-Klappung ze stabiliséieren a kann de Verloscht vun ES31L kompenséieren (Dorënner 6).
eng Elektronendicht a Modell vum Microsporidia-spezifesche Ribosomalprotein msL2, deen an E. cuniculi Ribosomen fonnt gouf.b Déi meescht eukaryotesche Ribosomen, dorënner den 80S Ribosom vu Saccharomyces cerevisiae, hunn ES19L rRNA Amplifikatioun verluer an de meeschte Microsporidian Arten.Déi virdru etabléiert Struktur vum V. necatrix microsporidia Ribosom suggeréiert datt de Verloscht vun ES19L an dëse Parasiten duerch d'Evolutioun vum neie msL1 ribosomalen Protein kompenséiert gëtt.An dëser Etude, hu mir festgestallt, datt d'E. cuniculi Ribosom och eng zousätzlech ribosomal RNA mimic Protein als scheinbar Kompensatioun fir de Verloscht vun ES19L entwéckelt.Wéi och ëmmer, msL2 (aktuell als hypothetesch ECU06_1135 Protein annotéiert) an msL1 hu verschidde strukturell an evolutiv Originen.c Dës Entdeckung vun der Generatioun vun evolutiv onrelatéierten msL1 an msL2 ribosomale Proteinen suggeréiert datt wann Ribosomen schiedlech Mutatiounen an hirem rRNA accumuléieren, se onendlech Niveaue vun der kompositiver Diversitéit an souguer e klengen Ënnerdeel vun enk verwandten Arten erreechen kënnen.Dës Entdeckung kéint hëllefen den Urspronk an d'Evolutioun vum mitochondriale Ribosom ze klären, wat bekannt ass fir seng héich reduzéiert rRNA an anormal Variabilitéit an der Protein Zesummesetzung iwwer Arten.
Mir verglach dann de msL2 Protein mat der virdru beschriwwen msL1 Protein, déi eenzeg bekannt microsporidia-spezifesch ribosomal Protein am V. necatrix ribosom fonnt.Mir wollten testen ob msL1 an msL2 evolutiv verwandt sinn.Eis Analyse huet gewisen, datt msL1 an msL2 déi selwecht Huelraim an der ribosomal Struktur besetzen, awer verschidde primär an tertiär Strukturen hunn, wat hir onofhängeg evolutiver Hierkonft uginn (Figebam. 6).Also liwwert eis Entdeckung vu msL2 Beweiser datt Gruppe vu kompakten eukaryotesche Spezies onofhängeg strukturell ënnerschiddlech ribosomal Proteine ​​​​entwéckele kënnen fir de Verloscht vun rRNA Fragmenter ze kompenséieren.Dës Entdeckung ass bemierkenswäert datt déi meescht zytoplasmatesch eukaryotesch Ribosomen en invariant Protein enthalen, dorënner déiselwecht Famill vun 81 ribosomale Proteinen.D'Erscheinung vu msL1 an msL2 a verschiddene Claden vu Mikrosporidien als Äntwert op de Verloscht vun erweiderten rRNA Segmenter hindeit datt d'Degradatioun vun der molekulare Architektur vum Parasit verursaacht datt Parasiten kompenséierend Mutatiounen sichen, wat schlussendlech zu hirer Acquisitioun a verschiddene Parasitpopulatiounen féieren kann.Strukturen.
Endlech, wann eise Modell fäerdeg war, hu mir d'Zesummesetzung vum E. cuniculi Ribosom verglach mat deem, deen aus der Genomsequenz virausgesot gouf.Verschidde ribosomale Proteinen, dorënner eL14, eL38, eL41, an eS30, ware virdru geduecht datt se aus dem E. cuniculi-Genom fehlen wéinst der scheinbarer Fehlen vun hiren Homologen aus dem E. cuniculi-Genom.De Verloscht vu ville ribosomale Proteine ​​gëtt och an de meeschten aneren héich reduzéierten intrazelluläre Parasiten an Endosymbionten virausgesot.Zum Beispill, obwuel déi meescht fräi lieweg Bakterien déi selwecht Famill vu 54 ribosomale Proteinen enthalen, hunn nëmmen 11 vun dëse Proteinfamillen detektéierbar Homologen an all analyséierten Genom vun Host-beschränkten Bakterien.Fir dës Notioun z'ënnerstëtzen, gouf e Verloscht vu ribosomalen Proteinen experimentell an V. necatrix a P. locustae microsporidia observéiert, déi d'eL38 an eL4131,32 Proteinen feelen.
Wéi och ëmmer, eis Strukture weisen datt nëmmen eL38, eL41 an eS30 tatsächlech am E. cuniculi Ribosom verluer sinn.Den eL14 Protein war konservéiert an eis Struktur huet gewisen firwat dëst Protein net an der Homologie Sich fonnt ka ginn (Figebam. 7).An E. cuniculi Ribosomen ass de gréissten Deel vun der eL14 Bindungsplaz verluer wéinst der Degradatioun vum rRNA-amplifizéierten ES39L.An der Verontreiung vun ES39L, verluer eL14 déi meescht vu senger sekundärer Struktur, an nëmmen 18% vun der eL14 Haaptrei war identesch an E. cuniculi an S. cerevisiae.Dës schlecht Sequenzerhalung ass bemierkenswäert well souguer Saccharomyces cerevisiae an Homo sapiens - Organismen déi 1,5 Milliarde Joer ausser evoluéiert hunn - méi wéi 51% vun de selwechte Reschter am eL14 deelen.Dësen anomale Verloscht vun der Konservatioun erkläert firwat E. cuniculi eL14 de Moment als de putative M970_061160 Protein an net als den eL1427 Ribosomal Protein annotéiert ass.
an De Microsporidia Ribosom huet d'ES39L rRNA Extensioun verluer, déi deelweis d'eL14 Ribosomal Protein Bindungsplaz eliminéiert huet.An der Verontreiung vun ES39L, mécht den eL14 Mikrospore Protein e Verloscht vun der sekundärer Struktur, an där de fréiere rRNA-bindende α-Heliks an eng minimal Längt Loop degeneréiert.b Multiple Sequenz Ausrichtung weist datt den eL14 Protein héich konservéiert ass an eukaryotesche Spezies (57% Sequenzidentitéit tëscht Hefen a mënschlechen Homologen), awer schlecht konservéiert an divergent a Mikrosporidien (an deenen net méi wéi 24% vu Reschter identesch sinn mat der eL14 Homolog).aus S. cerevisiae oder H. sapiens).Dës schlecht Sequenzkonservatioun a sekundär Strukturverännerlechkeet erkläert firwat den eL14 Homolog ni an E. cuniculi fonnt gouf a firwat dëst Protein ugeholl gëtt an E. cuniculi verluer ze sinn.Am Géigesaz, E. cuniculi eL14 war virdrun als putative M970_061160 Protein annotéiert.Dës Observatioun hindeit datt Mikrosporidien Genom Diversitéit am Moment iwwerschätzt ass: e puer Genen, déi aktuell an der Mikrosporidien verluer sinn, sinn tatsächlech konservéiert, awer an héich differenzéierte Formen;amplaz, e puer sinn geduecht fir microsporidia Genen fir Wuerm-spezifesch Proteinen ze Code (zB, der hypothetesch Protein M970_061160) eigentlech Coden fir déi ganz verschiddenste Proteinen an aneren Eukaryote fonnt.
Dës Entdeckung hindeit datt rRNA Denaturatioun zu engem dramateschen Verloscht vun der Sequenzkonservatioun an ugrenzend ribosomale Proteine ​​​​féiere kann, wat dës Proteine ​​​​ondetektabel fir Homologie Sich mécht.Also kënne mir den aktuellen Grad vun der molekulare Degradatioun a klenge Genom Organismen iwwerschätzen, well e puer Proteinen, déi geduecht sinn verluer ze sinn, existéieren tatsächlech, och wann an héich verännerte Formen.
Wéi kënnen Parasiten d'Funktioun vun hire molekulare Maschinnen ënner Bedingungen vun extremer Genomreduktioun behalen?Eis Studie beäntwert dës Fro andeems se déi komplex molekulare Struktur (Ribosom) vum E. cuniculi beschreift, en Organismus mat engem vun de klengste eukaryotesche Genomen.
Et ass scho bal zwee Joerzéngte bekannt datt Protein- a RNA-Moleküle a mikrobiellen Parasiten dacks vun hiren homologe Molekülle bei fräiliewende Spezies ënnerscheeden, well se Qualitéitskontrollzentren feelen, op 50% vun hirer Gréisst a fräiliewende Mikroben reduzéiert ginn, etc.vill debilitéierend Mutatiounen déi d'Klappung an d'Funktioun behënneren.Zum Beispill, sinn d'Ribosome vu klenge Genom Organismen, dorënner vill intracellular Parasiten an endosymbionts, erwaart e puer ribosomal Proteinen a bis zu engem Drëttel vun rRNA Nukleotiden ze Mangel am Verglach zu fräi-lieweg Arten 27, 29, 30, 49. Wéi och ëmmer, wéi dës Molekülle Fonctionnement an Mysteriéis duerch komplizéiert studéiert haaptsächlech e Parasit duerch Compteur.
Eis Etude weist, datt d'Struktur vun macromolecules vill Aspekter vun Evolutioun opzeweisen kann, datt aus traditionell Comparativ genomic Studien vun intracellular Parasiten an aner Host-beschränkt Organismen schwéier ze Extrait schwéier sinn (Ergänzlech Fig. 7).Zum Beispill weist d'Beispill vum eL14 Protein datt mir den eigentleche Grad vun der Degradatioun vum molekulare Apparat bei parasitären Arten iwwerschätzen kënnen.Encephalitesch Parasiten ginn elo ugeholl datt se Honnerte vu Mikrosporidien-spezifesch Genen hunn.Wéi och ëmmer, eis Resultater weisen datt e puer vun dësen anscheinend spezifesche Genen eigentlech just ganz verschidde Varianten vun Genen sinn, déi an aneren Eukaryoten heefeg sinn.Ausserdeem weist d'Beispill vum msL2 Protein wéi mir nei ribosomal Proteine ​​​​iwwergoen an den Inhalt vu parasitäre molekulare Maschinnen ënnerschätzen.D'Beispill vu klenge Moleküle weist wéi mir déi genialst Innovatiounen a parasitäre molekulare Strukturen iwwersinn, déi hinnen nei biologesch Aktivitéit kënne ginn.
Zesummegefaasst verbesseren dës Resultater eist Verständnis vun den Differenzen tëscht de molekulare Strukture vun Host-beschränkten Organismen an hire Géigeparteien a fräi lieweg Organismen.Mir weisen datt molekulare Maschinnen, laang geduecht fir ze reduzéieren, degeneréieren an ënnerleien zu verschiddenen debilitéierende Mutatiounen, amplaz eng Rei vu systematesch ignoréierten ongewéinleche strukturelle Funktiounen hunn.
Op der anerer Säit, déi net-voluminöse rRNA Fragmenter a verschmolzene Fragmenter, déi mir an de Ribosome vun E. cuniculi fonnt hunn, suggeréieren datt d'Genomreduktioun och déi Deeler vun der Basismolekulare Maschinn verännere kann, déi an den dräi Liewensberäicher bewahrt sinn - no bal 3,5 Milliarde Joer.onofhängeg Evolutioun vun Arten.
D'bulge-gratis a verschmolzene rRNA Fragmenter an E. cuniculi Ribosomen si besonnesch interessant am Liicht vu fréiere Studien vun RNA Molekülen an endosymbiotesche Bakterien.Zum Beispill, an der Blatlais Endosymbiont Buchnera aphidicola, rRNA an tRNA Molekülle goufen bewisen datt se Temperaturempfindlech Strukturen hunn wéinst A + T Zesummesetzung Bias an engem héijen Undeel vun net-kanonesche Basepairen20,50.Dës Verännerungen am RNA, wéi och Verännerungen an Proteinmolekülen, ginn elo ugeholl datt se verantwortlech sinn fir d'Iwwerofhängegkeet vun Endosymbionten op Partner an d'Onméiglechkeet vun Endosymbionten fir Hëtzt 21, 23 ze transferéieren.Och wann parasitesch Mikrosporidien rRNA strukturell ënnerschiddlech Ännerungen huet, proposéiert d'Natur vun dësen Ännerungen datt reduzéiert thermesch Stabilitéit a méi héich Ofhängegkeet vu Chaperoneproteine ​​​​heefeg Feature vun RNA Molekülle bei Organismen mat reduzéierten Genome kënne sinn.
Op der anerer Säit weisen eis Strukturen datt Parasitmikrosporidien eng eenzegaarteg Fäegkeet entwéckelt hunn fir breet konservéiert rRNA a Proteinfragmenter ze widderstoen, d'Fähigkeit z'entwéckelen fir reichend a liicht verfügbar kleng Metaboliten als strukturell Mimik vun degeneréierten rRNA a Proteinfragmenter ze benotzen.Molekulare Struktur Degradatioun..Dës Meenung gëtt ënnerstëtzt vun der Tatsaach, datt kleng Molekülen, déi de Verloscht vu Proteinfragmenter an der rRNA a Ribosome vun E. cuniculi kompenséieren, mat Mikrosporidia-spezifesche Reschter an den uL15 an eL30 Proteinen binden.Dëst hindeit datt d'Bindung vu klenge Molekülle mat Ribosomen e Produkt vu positiver Selektioun kann sinn, an där Microsporidia-spezifesch Mutatiounen an ribosomale Proteine ​​​​gewielt goufen fir hir Fäegkeet fir d'Affinitéit vu Ribosomen fir kleng Molekülen ze erhéijen, wat zu méi effiziente ribosomalen Organismen féieren kann.D'Entdeckung weist eng intelligent Innovatioun an der molekulare Struktur vu mikrobielle Parasiten op a gëtt eis e bessert Verständnis vu wéi parasitmolekulare Strukturen hir Funktioun trotz der reduktiver Evolutioun behalen.
Am Moment bleift d'Identifikatioun vun dëse klenge Moleküle onkloer.Et ass net kloer firwat d'Erscheinung vun dëse klenge Molekülen an der ribosomaler Struktur tëscht Mikrosporidien Arten ënnerscheet.Besonnesch ass et net kloer firwat d'Nukleotidbindung an de Ribosomen vun E. cuniculi a P. locustae observéiert gëtt, an net an de Ribosome vu V. necatrix, trotz der Präsenz vum F170 Rescht an den eL20 a K172 Proteinen vu V. necatrix.Dës Läschung kann duerch Reschter 43 uL6 verursaacht ginn (nieft der Nukleotidbindungstasche), déi Tyrosin am V. necatrix ass an net Threonin an E. cuniculi a P. locustae.Déi voluminös aromatesch Säitekette vum Tyr43 kann mat Nukleotidbindung stéieren wéinst sterescher Iwwerlappung.Alternativ kann d'scheinbar Nukleotidläsche wéinst der gerénger Resolutioun vun der Kryo-EM Imaging sinn, wat d'Modelléierung vu V. necatrix ribosomale Fragmenter behënnert.
Op der anerer Säit suggeréiert eis Aarbecht datt de Prozess vum Genom Zerfall eng erfindlech Kraaft ka sinn.Besonnesch d'Struktur vum E. cuniculi Ribosom suggeréiert datt de Verloscht vun rRNA a Proteinfragmenter am Microsporidia Ribosom en evolutiven Drock erstellt, deen Ännerungen an der Ribosomstruktur fördert.Dës Varianten geschéien wäit vum aktive Site vum Ribosom a schéngen ze hëllefen eng optimal Ribosomversammlung z'erhalen (oder ze restauréieren), déi soss duerch reduzéiert rRNA gestéiert ginn.Dëst hindeit datt eng grouss Innovatioun vum Microsporidia Ribosom schéngt an e Bedierfnes fir Gendrift ze pufferen evoluéiert ze hunn.
Vläicht ass dëst am beschten duerch Nukleotidbindung illustréiert, déi bis elo nach ni an aneren Organismen observéiert gouf.D'Tatsaach, datt Nukleotid-bindende Reschter an typesch Mikrosporidien präsent sinn, awer net an aneren Eukaryoten, hindeit datt Nukleotidbindende Siten net nëmmen Reliquië sinn, déi waarden op verschwannen, oder déi lescht Plaz fir rRNA fir an d'Form vun eenzel Nukleotiden restauréiert ze ginn.Amplaz schéngt dëse Site wéi eng nëtzlech Feature déi iwwer e puer Ronne vu positiver Selektioun evoluéiere kéint.Nukleotid Bindungsplazen kënnen en Nebenprodukt vun der natierlecher Selektioun sinn: eemol ES39L ofgebaut ass, sinn Mikrosporidien gezwongen Kompensatioun ze sichen fir eng optimal Ribosombiogenese an der Verontreiung vu ES39L ze restauréieren.Zënter datt dësen Nukleotid d'molekulare Kontakter vum A3186 Nukleotid am ES39L imitéiere kann, gëtt d'Nukleotidmolekül e Bausteng vum Ribosom, d'Bindung vun deem gëtt weider verbessert duerch Mutatioun vun der eL30 Sequenz.
Mat Bezuch op d'molekulare Evolutioun vun intrazelluläre Parasiten, weist eis Studie datt d'Kräfte vun der Darwinescher natierlecher Selektioun an der genetescher Drift vum Genom Zerfall net parallel funktionnéieren, mee oszilléieren.Als éischt eliminéiert d'genetesch Drift wichteg Feature vu Biomolekülen, wat d'Entschiedegung ganz néideg mécht.Nëmme wann Parasiten dëse Besoin duerch Darwinesch natierlech Selektioun erfëllen, hunn hir Makromoleküle eng Chance fir hir beandrockendst an innovativst Eegenschaften z'entwéckelen.Wichteg ass, datt d'Evolutioun vun Nukleotidbindungsplazen am E. cuniculi Ribosom suggeréiert datt dëst Verloscht-ze-Gewënn Muster vun der molekulare Evolutioun net nëmmen schiedlech Mutatiounen amortiséiert, mee heiansdo ganz nei Funktiounen op parasitäre Makromoleküle gëtt.
Dës Iddi ass konsequent mam Sewell Wright senger beweeglecher Gläichgewiichtstheorie, déi seet datt e strikte System vun der natierlecher Selektioun d'Fäegkeet vun Organismen limitéiert fir ze innovéieren51,52,53.Wéi och ëmmer, wann d'genetesch Drift d'natierlech Selektioun stéiert, kënnen dës Driften Ännerungen produzéieren déi net u sech adaptiv (oder souguer schiedlech) sinn, awer zu weideren Ännerungen féieren, déi méi héich Fitness oder nei biologesch Aktivitéit ubidden.Eise Kader ënnerstëtzt dës Iddi andeems Dir illustréiert datt déiselwecht Aart vu Mutatioun, déi d'Fold an d'Funktioun vun engem Biomolekül reduzéiert, schéngt den Haaptausléiser fir seng Verbesserung ze sinn.Am Aklang mam Win-Win Evolutiounsmodell weist eis Etude datt Genom Zerfall, traditionell als en degenerativen Prozess ugesinn, och e wesentleche Chauffer vun Innovatioun ass, heiansdo a vläicht souguer dacks erlaabt Makromolekülen nei parasitär Aktivitéiten ze kréien.kënne se benotzen.