Nature.com сайтаар зочилсонд баярлалаа.Таны ашиглаж буй хөтчийн хувилбар нь хязгаарлагдмал CSS дэмжлэгтэй.Хамгийн сайн ашиглахын тулд бид танд шинэчилсэн хөтөч ашиглахыг зөвлөж байна (эсвэл Internet Explorer-д нийцтэй байдлын горимыг идэвхгүй болгох).Энэ хооронд байнгын дэмжлэгийг хангахын тулд бид сайтыг ямар ч загвар, JavaScript-гүйгээр үзүүлэх болно.
Бичил биетний шимэгч хорхойтнуудын хувьсал нь шимэгчдийг сайжруулдаг байгалийн шалгарал, шимэгч хорхойтнуудын генийг алдаж, хортой мутаци хуримтлуулахад хүргэдэг генийн шилжилтийн хоорондын эсрэг үйлчлэлийг агуулдаг.Энд нэг макромолекулын хэмжээнд энэхүү сөрөг нөлөөлөл хэрхэн явагддагийг ойлгохын тулд байгаль дээрх хамгийн жижиг геномуудын нэг болох эукариот организм болох Encephalitozoon cuniculi-ийн рибосомын крио-ЭМ бүтцийг тайлбарлав.E. cuniculi рибосом дахь рРНХ эрс багассан нь урьд өмнө мэдэгдээгүй нийлсэн рРНХ холбогч болон товойсон рРНХ зэрэг урьд өмнө байгаагүй бүтцийн өөрчлөлтүүд дагалддаг.Түүнчлэн, E. cuniculi рибосом нь рРНХ-ийн хэлтэрхий, уургийн задралын бүтцийн дуураймал болгон жижиг молекулуудыг ашиглах чадварыг хөгжүүлснээр рРНХ-ийн хэлтэрхий болон уургийн алдагдлыг даван туулж чадсан.Ерөнхийдөө бид молекулын бүтцэд удаан хугацааны туршид буурч, доройтож, доройтсон мутацид өртдөг гэж бодож байсан нь молекулын хэт агшилтаас үл хамааран тэдгээрийг идэвхтэй байлгах хэд хэдэн нөхөн олговор механизмтай болохыг харуулж байна.
Ихэнх бичил биетний шимэгч хорхойн бүлгүүд эзнээ ашиглах өвөрмөц молекулын хэрэгсэлтэй байдаг тул бид янз бүрийн бүлгийн шимэгч хорхойтнуудад зориулсан өөр өөр эмчилгээний аргуудыг боловсруулах шаардлагатай болдог.Гэсэн хэдий ч шинэ нотолгоо нь шимэгч хорхойн хувьслын зарим талыг нэгтгэж, урьдчилан таамаглах боломжтой гэдгийг харуулж байгаа нь бичил биетний шимэгчдийг эмчлэх өргөн хүрээний эмчилгээний боломжит үндэслэлийг харуулж байна3,4,5,6,7,8,9.
Өмнөх ажил нь геномын бууралт эсвэл геномын задрал10,11,12,13 гэж нэрлэгддэг бичил биетний шимэгчдийн хувьслын нийтлэг хандлагыг тодорхойлсон.Одоогийн судалгаагаар бичил биетүүд чөлөөт амьдралын хэв маягаасаа татгалзаж, эсийн доторх шимэгч (эсвэл эндосимбионт) болох үед геномууд нь олон сая жилийн туршид удаан боловч гайхалтай хувиралд ордогийг харуулж байна9,11.Геномын задрал гэж нэрлэгддэг процесст бичил биетний шимэгч хорхойтнууд урьд өмнө чухал ач холбогдолтой олон генийг псевдоген болгон хувиргадаг хортой мутацуудыг хуримтлуулж улмаар генийг аажмаар алдаж, мутацийн уналтад хүргэдэг14,15.Энэхүү нуралт нь хамгийн эртний эсийн доторх организмын генийн 95 хүртэлх хувийг устгах боломжтой бөгөөд энэ нь хоорондоо нягт холбоотой чөлөөт амьд зүйлүүдтэй харьцуулахад юм.Ийнхүү эсийн доторх шимэгч хорхойтнуудын хувьсал нь эсрэг тэсрэг хоёр хүчний хоорондох тэмцэл юм: Дарвины байгалийн шалгарал нь шимэгч хорхойтнуудын сайжруулалт, геномын задрал, шимэгч хорхойнуудыг мартагдашгүй байдалд оруулдаг.Энэхүү олс таталтаас паразит хэрхэн гарч ирж, молекулын бүтцийнхээ үйл ажиллагааг хадгалж чадсан нь тодорхойгүй хэвээр байна.
Геномын задралын механизм нь бүрэн ойлгогдоогүй байгаа ч энэ нь ихэвчлэн генетикийн шилжилт хөдөлгөөнөөс үүдэлтэй юм шиг санагддаг.Паразитууд жижиг, бэлгийн бус, генетикийн хувьд хязгаарлагдмал популяциудад амьдардаг тул заримдаа ДНХ-ийн репликацийн үед тохиолддог хортой мутацийг үр дүнтэй арилгаж чадахгүй.Энэ нь хортой мутаци эргэлт буцалтгүй хуримтлагдаж, шимэгчийн геномыг бууруулахад хүргэдэг.Үүний үр дүнд шимэгч эсийн доторх орчинд оршин тогтнох шаардлагагүй болсон генүүдээ алдаж зогсохгүй.Энэ нь шимэгч хорхойтнуудын популяци нь үе үе хор хөнөөлтэй мутацийг үр дүнтэй арилгах чадваргүй байдаг нь эдгээр мутаци нь геном, түүний дотор хамгийн чухал генүүд дээр хуримтлагдахад хүргэдэг.
Геномын бууралтын талаарх бидний өнөөгийн ойлголтын ихэнх хэсэг нь зөвхөн геномын дарааллыг харьцуулан үзэхэд үндэслэсэн бөгөөд гэрийн үйл ажиллагааг гүйцэтгэдэг, эмийн боломжит зорилтот бодис болох бодит молекулуудын өөрчлөлтөд бага анхаарал хандуулдаг.Харьцуулсан судалгаанаас үзэхэд эсийн доторх бичил биетний хортой мутацийн ачаалал нь уураг болон нуклейн хүчлүүдийг буруу нугалж, нэгтгэхэд хүргэдэг нь тэднийг шапероноос илүү хамааралтай, халуунд хэт мэдрэмтгий болгодог19,20,21,22,23.Нэмж дурдахад, бие даасан хувьсал нь заримдаа 2.5 тэрбум жилээр тусгаарлагдсан янз бүрийн шимэгчид уургийн нийлэгжилт5,6 болон ДНХ-ийн засварын механизмын чанарын хяналтын төвүүдтэй ижил төстэй алдагдлыг мэдэрсэн.Гэсэн хэдий ч эсийн макромолекулуудын бусад бүх шинж чанар, тэр дундаа хорт мутацийн өсөн нэмэгдэж буй ачааллыг молекулын дасан зохицох зэрэгт эсийн доторх амьдралын хэв маягийн нөлөөллийн талаар бага мэддэг.
Энэ ажилд бид эсийн доторх бичил биетний уураг, нуклейн хүчлүүдийн хувьслыг илүү сайн ойлгохын тулд эсийн доторх шимэгч Encephalitozoon cuniculi-ийн рибосомын бүтцийг тодорхойлсон.E. cuniculi нь эукариотуудын ер бусын жижиг геномтой шимэгч микроспоридийн бүлэгт хамаарах мөөгөнцөртэй төстэй организм бөгөөд иймээс геномын задралыг судлахад загвар организм болгон ашигладаг25,26,27,28,29,30.Саяхан Microsporidia, Paranosema locustae, Vairimorpha necatrix31,32 (~3.2 Mb геном) зэрэг дунд зэргийн бууруулсан геномуудад крио-ЭМ рибосомын бүтцийг тодорхойлсон.Эдгээр бүтэц нь rRNA олшруулалтын зарим алдагдлыг хөрш рибосомын уургуудын хооронд шинэ холбоо бий болгох эсвэл msL131,32 рибосомын шинэ уураг олж авах замаар нөхдөг болохыг харуулж байна.Encephalitozoon (геном ~2.5 сая бp) зүйлүүд нь хамгийн ойрын хамаатан Ордоспорагийн хамт эукариотуудын геномын бууралтын эцсийн түвшинг харуулдаг - тэд 2000-аас бага уураг кодлодог гентэй бөгөөд тэдний рибосом нь зөвхөн рРНХ-ийн тэлэлтийг үүсгэдэг бактерийн хэсгүүдээс ангид байх төлөвтэй байна. l ribosomes) мөн E. cuniculi геномд гомолог байхгүйн улмаас дөрвөн рибосомын уурагтай байдаг26,27,28.Тиймээс бид E. cuniculi рибосом нь геномын задралд молекулын дасан зохицох урьд өмнө тодорхойгүй байсан стратегийг илрүүлж чадна гэж дүгнэсэн.
Манай крио-ЭМ бүтэц нь эукариот цитоплазмын хамгийн жижиг рибосомыг төлөөлдөг бөгөөд геномын бууралтын эцсийн түвшин нь эсийн салшгүй хэсэг болох молекулын механизмын бүтэц, угсралт, хувьсалд хэрхэн нөлөөлдөг талаар ойлголт өгдөг.Бид E. cuniculi рибосом нь РНХ нугалах, рибосомын угсралтын өргөн хадгалагдсан олон зарчмуудыг зөрчиж байгааг олж мэдээд, урьд өмнө мэдэгдээгүй байсан рибосомын шинэ уургийг нээсэн.Гэнэтийн байдлаар бид микроспоридиа рибосомууд нь жижиг молекулуудыг холбох чадвартай болсныг харуулж, рРНХ болон уургийн тайралт нь рибосомд ашигтай чанарыг өгөх хувьслын шинэчлэлийг өдөөдөг гэж таамаглаж байна.
Эс доторх организм дахь уураг, нуклейн хүчлүүдийн хувьслын талаарх ойлголтоо сайжруулахын тулд халдвар авсан хөхтөн амьтдын эсийн өсгөвөрөөс E.cuniculi спорыг тусгаарлаж, тэдгээрийн рибосомыг цэвэршүүлэх, эдгээр рибосомын бүтцийг тодорхойлохоор шийдсэн.Микроспоридыг шим тэжээлт орчинд өсгөвөрлөх боломжгүй тул олон тооны шимэгч микроспоридыг олж авахад хэцүү байдаг.Харин тэд зөвхөн эзэн эсийн дотор ургаж, үрждэг.Иймд рибосомыг цэвэршүүлэх зорилгоор E.cuniculi биомассыг авахын тулд хөхтөн амьтны бөөрний эсийн RK13-ийг E.cuniculi спороор халдварлуулж, халдвар авсан эдгээр эсийг хэдэн долоо хоногийн турш өсгөвөрлөж, E.cuniculi ургаж, үржих боломжийг олгосон.Хагас метр квадрат талбай бүхий халдвартай эсийн нэг давхаргыг ашиглан бид 300 мг орчим Microsporidia спорыг цэвэрлэж, рибосомыг тусгаарлахад ашиглах боломжтой болсон.Дараа нь бид цэвэршүүлсэн спорыг шилэн сувгаар тасалж, лизатуудын үе шаттайгаар полиэтилен гликолын фракцийг ашиглан түүхий рибосомуудыг тусгаарлав.Энэ нь бүтцийн шинжилгээнд зориулж ойролцоогоор 300 мкг түүхий E. cuniculi рибосомыг авах боломжийг бидэнд олгосон.
Дараа нь бид үүссэн рибосомын дээжийг ашиглан крио-EM дүрсийг цуглуулж, том рибосомын дэд нэгж, жижиг дэд нэгжийн толгой, жижиг дэд нэгжтэй тохирох маскуудыг ашиглан эдгээр зургийг боловсруулсан.Энэ процессын явцад бид 108,000 орчим рибосомын бөөмсийн зургийг цуглуулж, 2.7 Å нарийвчлалтай крио-EM дүрсийг тооцоолсон (Нэмэлт зураг 1-3).Дараа нь бид E. cuniculi рибосомтой холбоотой rRNA, рибосомын уураг, ичээний хүчин зүйл Mdf1-ийг загварчлахад криоЭМ дүрсийг ашигласан (Зураг 1a, b).
a Mdf1 ичээний хүчин зүйл (pdb id 7QEP)-тай нийлмэл E. cuniculi рибосомын бүтэц.b E. cuniculi рибосомтой холбоотой ичээний хүчин зүйлийн Mdf1-ийн зураг.c Микроспоридын зүйлийн сэргээгдсэн рРНХ-ийг мэдэгдэж буй рибосомын бүтэцтэй харьцуулсан хоёрдогч бүтцийн зураг.Самбарууд нь олшруулсан рРНХ-ийн хэсгүүд (ES) болон рибосомын идэвхтэй хэсгүүдийн байршлыг харуулсан бөгөөд үүнд код тайлах хэсэг (DC), сарциницины гогцоо (SRL), пептидил трансфераза төв (PTC) багтана.d E.cuniculi рибосомын пептидил трансферазын төвд харгалзах электрон нягтрал нь энэхүү катализаторын талбай нь E.cuniculi шимэгч болон түүний эзэд, түүний дотор H. sapiens-тай ижил бүтэцтэй болохыг харуулж байна.e, е Кодыг тайлах төвийн харгалзах электрон нягтрал (e) болон декодчилох төвийн бүдүүвч бүтэц (f) нь бусад олон эукариотуудад E. cuniculi нь A1491 (E. coli дугаарлалт) -ын оронд U1491 үлдэгдэлтэй байгааг харуулж байна.Энэ өөрчлөлт нь E. cuniculi нь энэ идэвхтэй сайтыг чиглэсэн антибиотикт мэдрэмтгий байж болохыг харуулж байна.
V. necatrix болон P. locustae рибосомуудын өмнө нь тогтсон бүтцээс ялгаатай нь (хоёул бүтэц нь ижил микроспоридийн Nosematidae гэр бүлийг төлөөлдөг бөгөөд бие биетэйгээ маш төстэй байдаг) 31,32 E. cuniculi рибосомууд нь рРНХ болон уургийн хуваагдлын олон процесст ордог.Цаашдын денатураци (Нэмэлт зураг 4-6).rRNA-д хамгийн гайхалтай өөрчлөлтүүд нь олшруулсан 25S rRNA фрагмент ES12L бүрэн алдагдаж, h39, h41, H18 мушгиа хэсгүүдийн хэсэгчилсэн доройтол орсон (Зураг 1c, Нэмэлт зураг 4).Рибосомын уургуудын дотроос хамгийн гайхалтай өөрчлөлтүүд нь eS30 уураг бүрэн алдагдаж, eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17, eS7 уураг богиноссон (Нэмэлт зураг 4, 5).
Иймээс Encephalotozoon/Ordospora зүйлийн геномын эрс бууралт нь тэдний рибосомын бүтцэд тусгагдсан байдаг: E.cuniculi рибосомууд бүтцийн шинж чанарт хамаарах эукариот цитоплазмын рибосом дахь уургийн агууламжийг хамгийн ихээр алддаг бөгөөд тэдгээрт рРНХ-д агуулагдах 3 төрлийн уураг агуулаагүй боловч зөвхөн эукариот цитоплазмын рибосомуудад агуулагдах уургийн агууламж хамгийн ихээр алдагддаг. амьдралын хүрээ.E. cuniculi рибосомын бүтэц нь эдгээр өөрчлөлтүүдийн анхны молекулын загварыг гаргаж, эсийн доторх биомолекулын бүтцийн харьцуулсан геномик болон судалгааны аль алинд нь үл тоомсорлож байсан хувьслын үйл явдлуудыг илрүүлдэг (Нэмэлт Зураг 7).Доор бид эдгээр үйл явдал бүрийг хувьслын гарал үүсэл, рибосомын үйл ажиллагаанд үзүүлэх нөлөөллийн хамт тайлбарлав.
Дараа нь бид E. cuniculi рибосомууд их хэмжээний рРНХ-ийн тайралтаас гадна идэвхтэй газруудынхаа аль нэгэнд рРНХ-ийн өөрчлөлттэй байдгийг олж мэдсэн.Хэдийгээр E.cuniculi рибосомын пептидил трансферазын төв нь бусад эукариот рибосомуудтай ижил бүтэцтэй байдаг (Зураг 1d) нуклеотидын 1491 дэх дарааллын өөрчлөлтөөс шалтгаалан декодчилох төв нь ялгаатай байдаг (E. coli дугаарлалт, Зураг 1e, f).Эукариот рибосомын декодчилох газар нь A1408 ба G1491 бактерийн төрлийн үлдэгдэлтэй харьцуулахад ихэвчлэн G1408 ба A1491 үлдэгдлийг агуулдаг тул энэ ажиглалт чухал юм.Энэхүү өөрчлөлт нь рибосомын антибиотикийн аминогликозидын гэр бүлийн бактери ба эукариот рибосомын өөр өөр мэдрэмтгий байдлын үндэс суурь болдог.E. cuniculi рибосомын кодыг тайлах хэсэгт A1491 үлдэгдэл нь U1491-ээр солигдсон бөгөөд энэ идэвхтэй сайт руу чиглэсэн жижиг молекулуудын хувьд өвөрмөц холболт үүсгэх боломжтой.Үүнтэй ижил A14901 хувилбар нь P. locustae, V. necatrix зэрэг бусад микроспоридуудад бас байдаг бөгөөд энэ нь микроспоридын зүйлүүдийн дунд өргөн тархсан болохыг харуулж байна (Зураг 1f).
Манай E. cuniculi рибосомын дээжүүд нь бодисын солилцооны идэвхгүй споруудаас тусгаарлагдсан тул бид стресс эсвэл өлсгөлөнгийн нөхцөлд өмнө нь тайлбарласан рибосомын холболтыг E. cuniculi-ийн крио-ЭМ газрын зургийг туршсан.ичээний хүчин зүйлүүд 31,32,36,37, 38. Бид ичээний рибосомын өмнө нь тогтоогдсон бүтцийг E. cuniculi рибосомын крио-ЭМ зурагтай тааруулсан.Холболтын хувьд S. cerevisiae рибосомыг ичээний хүчин зүйлтэй Stm138, царцааны рибосомыг Lso232 хүчин зүйлтэй, V. necatrix рибосомыг Mdf1 ба Mdf231 хүчин зүйлтэй цогцолбор болгон ашигласан.Үүний зэрэгцээ бид Mdf1 амралтын хүчин зүйлд тохирсон крио-EM нягтыг олсон.Mdf1 нь V. necatrix рибосомтой холбогддогтой адил Mdf1 нь E. cuniculi рибосомтой холбогдож, рибосомын Е хэсгийг хааж, шимэгчийн спорууд бие махбодийг идэвхгүй болгосноор бодисын солилцооны идэвхгүй болох үед рибосомыг бэлэн болгоход тусалдаг (Зураг 2).).
Mdf1 нь рибосомын Е хэсгийг блоклодог бөгөөд энэ нь шимэгчийн спорууд бодисын солилцооны идэвхгүй болох үед рибосомыг идэвхгүй болгоход тусалдаг бололтой.E. cuniculi рибосомын бүтцэд Mdf1 нь уургийн нийлэгжилтийн явцад рибосомоос деацилжуулсан тРНХ-г ялгаруулахад тусалдаг рибосомын хэсэг болох L1 рибосомын иштэй урьд өмнө мэдэгдээгүй контакт үүсгэдэг болохыг олж мэдсэн.Эдгээр контактууд нь Mdf1 нь деацетилжүүлсэн тРНХ-тэй ижил механизмыг ашиглан рибосомоос салдаг болохыг харуулж байгаа бөгөөд рибосом нь уургийн нийлэгжилтийг дахин идэвхжүүлэхийн тулд Mdf1-ийг хэрхэн зайлуулдаг талаар боломжит тайлбар өгдөг.
Гэсэн хэдий ч бидний бүтэц нь Mdf1 ба L1 рибосомын хөл (уургийн нийлэгжилтийн үед рибосомоос деацилатлагдсан тРНХ-ийг гаргахад тусалдаг рибосомын хэсэг) хооронд үл мэдэгдэх контактыг илрүүлсэн.Ялангуяа, Mdf1 нь деациллагдсан тРНХ молекулын тохойн сегменттэй ижил контактуудыг ашигладаг (Зураг 2).Энэхүү урьд өмнө мэдэгдээгүй молекулын загварчлал нь Mdf1 нь деацетилжүүлсэн тРНХ-тэй ижил механизмыг ашиглан рибосомоос салдаг болохыг харуулсан бөгөөд энэ нь уургийн нийлэгжилтийг дахин идэвхжүүлэхийн тулд рибосом энэ ичээний хүчин зүйлийг хэрхэн устгаж байгааг тайлбарладаг.
rRNA загварыг бүтээхдээ бид E. cuniculi рибосом нь хэвийн бус атираат рРНХ-ийн хэлтэрхийтэй болохыг олж мэдсэн бөгөөд бид үүнийг нийлсэн рРНХ гэж нэрлэсэн (Зураг 3).Амьдралын гурван мужийг хамарсан рибосомуудад рРНХ нь ихэнх рРНХ суурь нь суурь хос, бие биетэйгээ нугалж, эсвэл рибосомын уурагтай харилцан үйлчилдэг бүтэц болж атираа38,39,40.Гэсэн хэдий ч E. cuniculi рибосом дахь рРНХ нь нугалах зарчмыг зөрчиж, зарим мушгиагаа задарсан рРНХ-ийн бүс болгон хувиргадаг бололтой.
S. cerevisiae, V. necatrix, E. cuniculi дахь H18 25S rRNA мушгиагийн бүтэц.Ерөнхийдөө амьдралын гурван талбарыг хамарсан рибосомуудад энэ холбогч нь 24-34 үлдэгдэл агуулсан РНХ мушгиа болж хувирдаг.Microsporidia-д эсрэгээр энэ рРНХ холбогч нь аажмаар буурч, зөвхөн 12 үлдэгдэл агуулсан нэг судалтай уридинаар баялаг хоёр холбоос болж хувирдаг.Эдгээр үлдэгдэл ихэнх нь уусгагчд өртдөг.Зурагт паразит микроспориди нь рРНХ-ийн нугалах ерөнхий зарчмуудыг зөрчиж байгааг харуулж байгаа бөгөөд рРНХ-ийн суурь нь ихэвчлэн бусад суурьтай холбогддог эсвэл рРНХ-уургийн харилцан үйлчлэлд оролцдог.Микроспоридийн үед рРНХ-ийн зарим хэлтэрхий нь таагүй нугалаа авч, өмнөх рРНХ спираль нь бараг шулуун шугамаар сунасан нэг судалтай фрагмент болж хувирдаг.Эдгээр ер бусын бүсүүд байгаа нь микроспоридиа рРНХ-д хамгийн бага тооны РНХ суурийн тусламжтайгаар алс холын рРНХ-ийн хэсгүүдийг холбох боломжийг олгодог.
Энэхүү хувьслын шилжилтийн хамгийн тод жишээг H18 25S rRNA мушгиа (Зураг 3) харж болно.E. coli-ээс хүн хүртэлх зүйлүүдийн хувьд энэ рРНХ мушгиагийн суурь нь 24-32 нуклеотид агуулдаг бөгөөд бага зэрэг жигд бус мушгиа үүсгэдэг.V. necatrix ба P. locustae-аас өмнө нь тодорхойлогдсон рибосомын бүтцэд H18 мушгиагийн суурь хэсэгчлэн задарсан боловч нуклеотидын суурийн хослол хадгалагдан үлджээ.Гэсэн хэдий ч E. cuniculi-д энэ рРНХ фрагмент нь 228UUUUGU232 ба 301UUUUUUUUU307 хамгийн богино холбоос болдог.Ердийн рРНХ-ийн хэлтэрхийүүдээс ялгаатай нь эдгээр уридинаар баялаг холбогч нь рибосомын уургуудтай ороомогоор эсвэл өргөн хүрээтэй холбоо тогтоодоггүй.Үүний оронд тэд уусгагчаар нээлттэй, бүрэн задарсан бүтцийг ашигладаг бөгөөд үүнд рРНХ-ийн хэлхээ бараг шулуун сунадаг.Энэхүү сунгасан конформаци нь E. cuniculi хэрхэн H16 ба H18 рРНХ мушгиа хоорондын 33 Å зайг нөхөхийн тулд зөвхөн 12 РНХ-ийн суурийг ашигладаг бол бусад зүйл нь цоорхойг нөхөхийн тулд дор хаяж хоёр дахин их рРНХ суурь шаарддаг болохыг тайлбарладаг.
Иймээс бид энергийн хувьд тааламжгүй нугалах замаар шимэгч микроспориди нь амьдралын гурван талбарт төрөл зүйлийн дунд өргөн хадгалагдан үлдсэн рРНХ-ийн сегментүүдийг хүртэл хумих стратеги боловсруулсан болохыг харуулж чадна.рРНХ-ийн спиральуудыг богино поли-U холбогч болгон хувиргах мутацуудыг хуримтлуулж E. cuniculi нь рРНХ-ийн алслагдсан хэсгүүдийг холбоход аль болох цөөн нуклеотид агуулсан ер бусын рРНХ-ийн хэсгүүдийг үүсгэж чаддаг бололтой.Энэ нь микроспоридиа хэрхэн бүтцийн болон үйл ажиллагааны бүрэн бүтэн байдлаа алдалгүйгээр үндсэн молекулын бүтцээ эрс бууруулж чадсаныг тайлбарлахад тусалдаг.
E. cuniculi рРНХ-ийн өөр нэг ер бусын шинж чанар нь өтгөрүүлэхгүйгээр рРНХ харагдах явдал юм (Зураг 4).Бөмбөлөгүүд нь РНХ-ийн мушгиа руу нуугдахын оронд мушгиж гарч ирдэг хос суурьгүй нуклеотидууд юм.Ихэнх рРНХ цухуйсан хэсгүүд нь молекулын наалдамхай бодис болж, зэргэлдээх рибосомын уураг эсвэл бусад рРНХ-ийн хэсгүүдийг холбоход тусалдаг.Зарим товойсон хэсгүүд нь нугасны үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд рРНХ-ийн мушгиа нь үр дүнтэй уургийн нийлэгжилтэнд хамгийн тохиромжтой нугалж, нугалах боломжийг олгодог 41 .
a RRNA цухуйсан хэсэг (S. cerevisiae дугаарлалт) E. cuniculi рибосомын бүтцэд байхгүй, харин бусад ихэнх эукариотуудад байдаг b E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens, E. cuniculi дотоод рибосомууд.шимэгч хорхойтнуудад эртний, маш их хадгалагдсан рРНХ товойсон олноор дутагдаж байна.Эдгээр өтгөрөлт нь рибосомын бүтцийг тогтворжуулдаг;Иймээс микроспоридид тэдгээр нь байхгүй байгаа нь микроспоридийн шимэгчдийн рРНХ нугалах тогтворгүй байдлыг харуулж байна.P иштэй (бактерийн L7/L12 иш) харьцуулбал рРНХ-ийн овойлт алдагдах нь заримдаа алдагдсан овойлтуудын хажууд шинэ овойлт үүсэхтэй давхцаж байгааг харуулж байна.23S/28S rRNA дахь H42 мушгиа нь амьдралын гурван салбарт хамгаалагдсан тул эртний товойсон (Saccharomyces cerevisiae-д U1206) 3.5 тэрбум жилийн настай гэж тооцоолсон.Микроспоридийн үед энэ товойлт арилдаг.Гэсэн хэдий ч алдагдсан товойсон (E. cuniculi-д A1306) хажууд шинэ товгор гарч ирэв.
Гайхалтай нь бид E. cuniculi рибосомуудад бусад зүйлд байдаг рРНХ-ийн ихэнх товойлт, түүний дотор бусад эукариотуудад хадгалагдсан 30 гаруй товойлт байхгүй болохыг олж мэдсэн (Зураг 4a).Энэ алдагдал нь рибосомын дэд нэгжүүд болон зэргэлдээх рРНХ мушгиа хоорондын олон контактыг арилгадаг бөгөөд заримдаа рибосом дотор том хөндий хоосон зай үүсгэж, E. cuniculi рибосомыг уламжлалт рибосомтой харьцуулахад илүү сүвэрхэг болгодог (Зураг 4б).Эдгээр товойсон хэсгүүдийн дийлэнх нь урьд нь тодорхойлсон V. necatrix болон P. locustae рибосомын бүтцэд алдагдсан болохыг бид олж мэдсэн бөгөөд өмнөх бүтцийн шинжилгээгээр үүнийг үл тоомсорлосон31,32.
Заримдаа рРНХ-ийн товойлт алдагдах нь алдагдсан товойсон хэсгийн хажууд шинэ товойлт үүсэх үед дагалддаг.Жишээ нь, рибосомын P-үдэл нь E. coli-ээс хүнд хүртэл амьд үлдсэн U1208 товойлт (Saccharomyces cerevisiae) агуулдаг тул 3.5 тэрбум жилийн настай гэж үздэг.Уургийн нийлэгжилтийн үед энэ товойсон нь P ишний нээлттэй ба хаалттай хэлбэрийн хооронд шилжихэд тусалдаг бөгөөд ингэснээр рибосом нь орчуулгын хүчин зүйлийг цуглуулж, тэдгээрийг идэвхтэй хэсэгт хүргэх боломжтой.E. cuniculi рибосомуудад энэ нягтрал байхгүй;гэхдээ зөвхөн гурван үндсэн хосод байрлах шинэ өтгөрүүлэх (G883) нь P ишний оновчтой уян хатан байдлыг сэргээхэд хувь нэмэр оруулах боломжтой (Зураг 4c).
Бөмбөлөггүй рРНХ-ийн талаарх бидний өгөгдлөөс харахад рРНХ-ийг багасгах нь рибосомын гадаргуу дээрх рРНХ-ийн элементүүдийг алдснаар хязгаарлагдахгүй, харин рибосомын цөмийг хамарч, чөлөөт амьд эсүүдэд тодорхойлогдоогүй шимэгчийн өвөрмөц молекулын согогийг үүсгэж болзошгүйг харуулж байна.амьд зүйлүүд ажиглагдаж байна.
Каноник рибосомын уураг ба рРНХ-ийг загварчласны дараа бид ердийн рибосомын бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь крио-ЭМ дүрсний гурван хэсгийг тайлбарлаж чадахгүй болохыг олж мэдсэн.Эдгээр хэсгүүдийн хоёр нь жижиг молекулууд юм (Зураг 5, Нэмэлт зураг 8).Эхний сегмент нь рибосомын уургийн uL15 ба eL18 хооронд хавчуулагдсан бөгөөд ихэвчлэн E. cuniculi-д богиноссон eL18-ийн С төгсгөлд байрладаг.Хэдийгээр бид энэ молекулын мөн чанарыг тодорхойлж чадахгүй ч энэхүү нягтаршлын арлын хэмжээ, хэлбэрийг спермидин молекулууд байгаагаар сайн тайлбарладаг.Түүний рибосомтой холбогдох нь uL15 уураг (Asp51 ба Arg56) дахь микроспоридийн өвөрмөц мутацаар тогтворждог бөгөөд энэ нь рибосомын энэ жижиг молекулын ойр дотно байдлыг нэмэгдүүлдэг бололтой, учир нь uL15 нь жижиг молекулыг рибосомын бүтцэд оруулах боломжийг олгодог.Нэмэлт зураг 2).8, нэмэлт өгөгдөл 1, 2).
E. cuniculi рибосомтой холбогдсон рибозын гадна талд нуклеотид байгааг харуулсан крио-ЭМ дүрслэл.E. cuniculi рибосомд энэ нуклеотид нь бусад ихэнх эукариот рибосомын 25S rRNA A3186 нуклеотидтэй (Saccharomyces cerevisiae дугаарлалт) ижил байр эзэлдэг.b E.cuniculi-ийн рибосомын бүтцэд энэ нуклеотид нь uL9 ба eL20 рибосомын уургуудын хооронд байрладаг бөгөөд ингэснээр хоёр уургийн хоорондох холбоог тогтворжуулдаг.microsporidia зүйлүүдийн дунд cd eL20 дарааллын хадгалалтын шинжилгээ.Microsporidia зүйлийн филогенетик мод (c) болон eL20 уургийн (d) олон дарааллын дараалал нь F170 ба K172 нуклеотид холбосон үлдэгдэл нь S.lophii-ээс бусад ихэнх ердийн микроспоридад хадгалагдаж байгааг харуулж байна.e Энэ зураг нь нуклеотид холбогч F170 ба K172 үлдэгдэл нь зөвхөн микроспоридын геномын маш их хэмжээгээр буурсан eL20-д байдаг ба бусад эукариотуудад байдаггүй болохыг харуулж байна.Ерөнхийдөө эдгээр өгөгдөл нь микроспоридиан рибосомууд нь AMP молекулуудыг холбож, рибосомын бүтцэд уураг-уургийн харилцан үйлчлэлийг тогтворжуулахад ашигладаг нуклеотид холбох газрыг бий болгосон болохыг харуулж байна.Microsporidia-д энэ холболтын талбайн өндөр хадгалалт, бусад эукариотуудад байхгүй байгаа нь энэ сайт нь Microsporidia-ийн амьд үлдэх давуу талтай болохыг харуулж байна.Иймд микроспоридийн рибосом дахь нуклеотид холбогч халаас нь өмнө дурдсанчлан рРНХ-ийн задралын төгсгөлийн хэлбэр эсвэл доройтсон шинж чанар биш, харин микроспоридиа рибосом нь жижиг молекулуудыг шууд холбож, тэдгээрийг молекулын барилгын блок болгон ашиглах боломжийг олгодог ашигтай хувьслын шинэлэг зүйл юм.рибосомын барилгын материал.Энэхүү нээлт нь микроспоридиа рибосомыг бүтцийн барилгын материал болгон нэг нуклеотид ашигладаг цорын ганц рибосом болгожээ.f Нуклеотидын холболтоос үүссэн хувьслын таамаглал.
Хоёр дахь бага молекул жинтэй нягтрал нь рибосомын уураг uL9 ба eL30 хоорондын зааг дээр байрладаг (Зураг 5a).Энэ интерфэйсийг өмнө нь Saccharomyces cerevisiae рибосомын бүтцэд rRNA A3186 (ES39L rRNA өргөтгөлийн хэсэг)-ийн 25S нуклеотидыг холбодог газар гэж тодорхойлсон байдаг38.Энэ нь доройтсон P. locustae ES39L рибосомуудад энэхүү интерфэйс нь үл мэдэгдэх ганц нуклеотид 31-ийг холбодог болохыг харуулсан бөгөөд энэ нуклеотид нь рРНХ-ийн бууруулсан эцсийн хэлбэр бөгөөд рРНХ-ийн урт нь ~130-230 суурьтай байдаг гэж үздэг.ES39L нь нэг нуклеотид болж буурдаг 32.43.Манай крио-EM зургууд нь нягтралыг нуклеотидээр тайлбарлаж болно гэсэн санааг дэмждэг.Гэсэн хэдий ч бидний бүтцийн өндөр нарийвчлал нь энэ нуклеотид нь экстрарибосомын молекул, магадгүй AMP (Зураг 5a, b) болохыг харуулсан.
Дараа нь бид нуклеотид холбох газар нь E. cuniculi рибосомд үүссэн эсэх, эсвэл өмнө нь байсан эсэхийг асуув.Нуклеотидын холболтыг eL30 рибосомын уураг дахь Phe170 ба Lys172 үлдэгдэл голчлон зуучилдаг тул бид 4396 төлөөлөгч эукариотуудад эдгээр үлдэгдлийн хадгалалтыг үнэлэв.Дээрх uL15-ын нэгэн адил бид Phe170 ба Lys172 үлдэгдэл нь зөвхөн ердийн Microsporidia-д өндөр хадгалагдан үлдсэнийг олж мэдсэн боловч ES39L rRNA фрагмент багасдаггүй, харин бусад эукариотуудад, түүний дотор хэвийн бус Microsporidia Mitosporidium болон Amphiamblys-д байхгүй болохыг олж мэдсэн (6445, Fig).-e).
Эдгээр өгөгдлүүдийг нэгтгэн авч үзвэл, E. cuniculi болон магадгүй бусад каноник микроспориди нь рРНХ болон уургийн түвшний бууралтыг нөхөхийн тулд рибосомын бүтцэд олон тооны жижиг метаболитуудыг үр дүнтэй барьж авах чадварыг хөгжүүлсэн гэсэн санааг дэмждэг.Ингэхдээ тэд рибосомын гаднах нуклеотидуудыг холбох өвөрмөц чадварыг хөгжүүлж, паразит молекулын бүтэц нь элбэг дэлбэг жижиг метаболитуудыг барьж, тэдгээрийг задарсан РНХ болон уургийн хэсгүүдийн бүтцийн дуураймал болгон ашиглах замаар нөхөж байдгийг харуулсан..
Том рибосомын дэд нэгжээс олдсон манай крио-ЭМ газрын зургийн гурав дахь загварчлаагүй хэсэг.Манай газрын зургийн харьцангуй өндөр нарийвчлал (2.6 Å) нь энэ нягтрал нь том хажуугийн гинжин үлдэгдэл бүхий өвөрмөц хослол бүхий уургуудад хамааралтай болохыг харуулж байгаа бөгөөд энэ нягтыг msL2 (Microsporidia- өвөрмөц уураг L2) гэж нэрлэсэн, урьд өмнө мэдэгдээгүй рибосомын уураг болохыг тодорхойлох боломжийг бидэнд олгосон (арга, зураг 6).Бидний гомологийн судалгаагаар msL2 нь Encephaliter болон Orosporidium төрлийн Microsporidia бүлэгт хадгалагдаж байгаа боловч бусад зүйл, түүний дотор бусад Microsporidia-д байхгүй болохыг харуулсан.Рибосомын бүтцэд msL2 нь өргөтгөсөн ES31L рРНХ-ийн алдагдлаас үүссэн цоорхойг эзэлдэг.Энэ хоосон зайд msL2 нь rRNA нугалах үйл явцыг тогтворжуулахад тусалдаг ба ES31L-ийн алдагдлыг нөхөж чаддаг (Зураг 6).
a E. cuniculi рибосомоос олдсон микроспоридын өвөрмөц рибосомын уургийн msL2-ийн электрон нягт ба загвар.b Ихэнх эукариот рибосомууд, түүний дотор Saccharomyces cerevisiae-ийн 80S рибосом, ихэнх микроспоридын төрөл зүйлд ES19L rRNA олшролт алдагдсан байдаг.V. necatrix microsporidia рибосомын урьд нь тогтсон бүтэц нь эдгээр шимэгчдийн ES19L-ийн алдагдлыг шинэ msL1 рибосомын уургийн хувьсалаар нөхдөг болохыг харуулж байна.Энэ судалгаагаар бид E. cuniculi рибосом нь ES19L-ийн алдагдлыг илт нөхөн олговор болгон нэмэлт рибосомын РНХ-ийн дуураймал уураг боловсруулсан болохыг олж мэдсэн.Гэсэн хэдий ч msL2 (одоогоор таамагласан ECU06_1135 уураг гэж тэмдэглэсэн) болон msL1 нь бүтцийн болон хувьслын өөр өөр гарал үүсэлтэй байдаг.c Хувьслын хувьд хамааралгүй msL1 ба msL2 рибосомын уургуудыг үүсгэсэн энэхүү нээлт нь хэрвээ рибосомууд rRNA-даа хортой мутаци хуримтлуулах юм бол тэдгээр нь хоорондоо нягт холбоотой зүйлийн өчүүхэн дэд бүлэгт ч гэсэн урьд өмнө байгаагүй олон төрлийн найрлагад хүрч чадна гэдгийг харуулж байна.Энэхүү нээлт нь митохондрийн рибосомын гарал үүсэл, хувьслыг тодруулахад тус дөхөм болох бөгөөд энэ нь рРНХ их хэмжээгээр буурдаг, төрөл зүйлийн уургийн найрлага дахь хэвийн бус хэлбэлзэлтэй гэдгээрээ алдартай.
Дараа нь бид msL2 уургийг V. necatrix рибосомоос олдсон цорын ганц мэдэгдэж буй микроспоридийн өвөрмөц рибосомын уураг болох өмнө нь тайлбарласан msL1 уурагтай харьцуулсан.Бид msL1 ба msL2 нь хувьслын холбоотой эсэхийг шалгахыг хүссэн.Бидний хийсэн шинжилгээгээр msL1 ба msL2 нь рибосомын бүтцэд ижил хөндийг эзэлдэг боловч анхдагч болон гуравдагч бүтэц нь өөр өөр байдаг нь бие даасан хувьслын гарал үүслийг харуулж байна (Зураг 6).Тиймээс бидний msL2-ийн нээлт нь авсаархан эукариот зүйлийн бүлгүүд рРНХ-ийн хэсгүүдийн алдагдлыг нөхөхийн тулд бүтцийн хувьд ялгаатай рибосомын уургуудыг бие даан хувиргаж чаддаг болохыг нотлох баримт юм.Энэхүү олдвор нь ихэнх цитоплазмын эукариот рибосомууд нь рибосомын 81 уургийн нэг гэр бүлийг багтаасан өөрчлөгддөггүй уураг агуулж байдгаараа онцлог юм.Өргөтгөсөн рРНХ сегментийг алдсаны хариуд микроспоридийн янз бүрийн бүлгүүдэд msL1 ба msL2 гарч ирэх нь шимэгчийн молекулын бүтэц задрах нь шимэгчдийг нөхөн олговор мутац хайхад хүргэдэг бөгөөд энэ нь эцэстээ шимэгч хорхойн өөр өөр популяцид олж авахад хүргэж болзошгүйг харуулж байна.бүтэц.
Эцэст нь бидний загвар дууссаны дараа бид E. cuniculi рибосомын найрлагыг геномын дарааллаас урьдчилан таамагласан найрлагатай харьцуулсан.eL14, eL38, eL41, eS30 зэрэг хэд хэдэн рибосомын уураг нь E. cuniculi геномын гомологууд илт байхгүйгээс E. cuniculi геномд байхгүй гэж өмнө нь үзэж байсан.Олон тооны рибосомын уураг алдагдах нь бусад ихэнх эсийн доторх шимэгч хорхойнууд болон эндосимбионтуудад ч бас тодорхойлогддог.Жишээлбэл, ихэнх чөлөөт амьд бактериуд 54 рибосомын уургийн нэг гэр бүлийг агуулдаг боловч эдгээр уургийн гэр бүлийн зөвхөн 11 нь хостын хязгаарлалттай бактерийн шинжлэгдсэн геном бүрт илрэх боломжтой гомологтой байдаг.Энэхүү ойлголтыг батлахын тулд eL38, eL4131,32 уургууд дутагдаж байгаа V. necatrix болон P. locustae microsporidia-д рибосомын уургийн алдагдал туршилтаар ажиглагдсан.
Гэсэн хэдий ч бидний бүтэц нь зөвхөн eL38, eL41, eS30 нь үнэндээ E. cuniculi рибосомд алдагдсан болохыг харуулж байна.eL14 уураг хадгалагдсан бөгөөд бидний бүтэц яагаад энэ уураг ижил төстэй хайлтанд олдохгүй байгааг харуулсан (Зураг 7).E. cuniculi рибосомуудад rRNA-аар олшруулсан ES39L-ийн задралын улмаас eL14-ийг холбох хэсгийн ихэнх хэсэг алдагддаг.ES39L байхгүй үед eL14 нь хоёрдогч бүтцийн ихэнх хэсгийг алдаж, eL14 дарааллын зөвхөн 18% нь E. cuniculi болон S. cerevisiae-д ижил байв.1.5 тэрбум жилийн зайтай хөгжсөн Saccharomyces cerevisiae болон Homo sapiens-ууд хүртэл eL14 дэх ижил үлдэгдлийн 51% -иас илүү хувийг эзэлдэг тул энэ дарааллын муу хадгалалт нь гайхалтай юм.Энэхүү гажиг хадгалалтын алдагдал нь яагаад E. cuniculi eL14-ийг eL1427 рибосомын уураг биш харин M970_061160 гэсэн таамаг уураг гэж тэмдэглэсэн болохыг тайлбарлаж байна.
болон Microsporidia рибосом нь ES39L rRNA өргөтгөлийг алдсан бөгөөд энэ нь eL14 рибосомын уураг холбох газрыг хэсэгчлэн устгасан.ES39L байхгүй үед eL14 микроспорын уураг нь хоёрдогч бүтцийн алдагдалд ордог бөгөөд энэ нь rRNA-тай холбосон α-геликс нь хамгийн бага урттай гогцоо болж доройтдог.b Олон тооны дарааллаар тохируулснаар eL14 уураг нь эукариот төрөл зүйлд өндөр хадгалагддаг (мөөгөнцөр ба хүний ​​гомологийн хооронд 57% дараалал ижил), харин микроспориди (үлдэгдэл 24% -иас ихгүй нь eL14 гомологтой ижил) муу хадгалагдаж, ялгаатай байгааг харуулж байна.S. cerevisiae эсвэл H. sapiens-аас).Энэхүү дарааллын хадгалалт, хоёрдогч бүтцийн хувьсах чанар нь яагаад eL14 гомологийг E. cuniculi-д хэзээ ч олоогүй, яагаад энэ уураг E. cuniculi-д алдагдсан гэж үздэгийг тайлбарладаг.Үүний эсрэгээр, E. cuniculi eL14 нь өмнө нь M970_061160 уураг гэж таамаглаж байсан.Энэхүү ажиглалт нь микроспоридийн геномын олон янз байдлыг одоогоор хэт үнэлж байгааг харуулж байна: одоогоор микроспоридид алдагдсан гэж үзэж байгаа зарим генүүд нь маш ялгаатай хэлбэрээр хадгалагдан үлджээ;үүний оронд зарим нь хорхойн өвөрмөц уургийн (жишээ нь, таамаглалын уураг M970_061160) микроспоридийн генийг кодлодог гэж үздэг нь үнэндээ бусад эукариотуудад байдаг маш олон төрлийн уурагуудыг кодлодог.
Энэхүү олдвор нь рРНХ-ийн денатураци нь зэргэлдээх рибосомын уургуудын дарааллын хадгалалтыг эрс алдагдуулж, эдгээр уургуудыг гомологийн хайлтанд илрүүлэх боломжгүй болгодог болохыг харуулж байна.Тиймээс бид жижиг геномын организмын молекулын задралын бодит түвшинг хэт үнэлж магадгүй юм, учир нь алдагдсан гэж үздэг зарим уураг нь маш их өөрчлөгдсөн хэлбэрээр хадгалагддаг.
Геномын хэт их бууралтын нөхцөлд шимэгчид молекулын машинынхаа үйл ажиллагааг хэрхэн хадгалах вэ?Бидний судалгаа хамгийн жижиг эукариот геномуудын нэг болох E.cuniculi-ийн цогц молекул бүтцийг (рибосом) тайлбарласнаар энэ асуултад хариулдаг.
Бараг хорин жилийн турш бичил биетний шимэгчдийн уураг, РНХ молекулууд нь чанарын хяналтын төвгүй, чөлөөт амьд бичил биетний хэмжээнээсээ 50% хүртэл багасдаг гэх мэтчилэн чөлөөт амьд зүйлийн гомолог молекулуудаас ихэвчлэн ялгаатай байдаг нь мэдэгдэж байсан.нугалах, үйл ажиллагааг алдагдуулдаг олон сул дорой мутаци.Жишээлбэл, жижиг геномт организмын рибосомууд, түүний дотор олон эсийн доторх шимэгч ба эндосимбионтууд нь 27, 29, 30, 49-р чөлөөт амьд зүйлүүдтэй харьцуулахад хэд хэдэн рибосомын уураг, рРНХ нуклеотидын гуравны нэг хүртэл дутагдалтай байх төлөвтэй байна. Гэсэн хэдий ч эдгээр молекулууд нь үндсэн геномийн шинж чанартай байдаг.
Бидний судалгаагаар макромолекулын бүтэц нь эсийн доторх шимэгч болон бусад хостын хязгаарлагдмал организмуудын уламжлалт харьцуулсан геномын судалгаанаас гаргаж авахад хэцүү хувьслын олон талыг илрүүлж болохыг харуулж байна (Нэмэлт зураг 7).Жишээлбэл, eL14 уургийн жишээ нь паразит зүйлийн молекулын аппаратын бодит доройтлын түвшинг хэт үнэлж болохыг харуулж байна.Тархины шимэгч хорхойтнууд одоо хэдэн зуун микроспоридийн өвөрмөц гентэй гэж үздэг.Гэсэн хэдий ч бидний үр дүнгээс харахад эдгээр өвөрмөц мэт санагдах генүүд нь бусад эукариотуудад түгээмэл байдаг генүүдийн маш өөр хувилбарууд юм.Түүнчлэн, msL2 уургийн жишээ нь бид шинэ рибосомын уурагуудыг үл тоомсорлож, шимэгч молекулын машинуудын агуулгыг дутуу үнэлж байгааг харуулж байна.Жижиг молекулуудын жишээ нь паразитуудын молекулын бүтцэд шинэ биологийн идэвхийг өгч чадах хамгийн ухаалаг шинэчлэлийг хэрхэн үл тоомсорлож болохыг харуулж байна.
Эдгээр үр дүнг нэгтгэн авч үзвэл эзэн нь хязгаарлагдмал организмын молекулын бүтэц ба тэдгээрийн чөлөөт амьд организм дахь аналоги хоорондын ялгааны талаарх бидний ойлголтыг сайжруулдаг.Удаан хугацааны туршид багасч, доройтож, янз бүрийн доройтуулдаг мутацид өртдөг гэж бодож байсан молекулын машинууд нь системтэйгээр үл тоомсорлодог ер бусын бүтцийн шинж чанаруудтай болохыг бид харуулж байна.
Нөгөөтэйгүүр, бидний E.cuniculi-ийн рибосомоос олдсон том бус рРНХ-ийн хэлтэрхийнүүд болон хайлсан хэсгүүд нь геномын бууралт нь бараг 3.5 тэрбум жилийн дараа амьдралын гурван салбарт хадгалагдаж буй үндсэн молекулын механизмын хэсгүүдийг хүртэл өөрчилж чадна гэдгийг харуулж байна.зүйлийн бие даасан хувьсал.
E. cuniculi рибосом дахь товойсон, нийлсэн рРНХ-ийн хэлтэрхийнүүд нь эндосимбиотик бактери дахь РНХ молекулуудын өмнөх судалгаануудад онцгой анхаарал хандуулдаг.Жишээлбэл, aphid endosymbiont Buchnera aphidicola-д rRNA болон tRNA молекулууд нь A+T найрлагын хазайлт ба каноник бус суурийн хосуудын өндөр хувьтай учраас температурт мэдрэмтгий бүтэцтэй болох нь нотлогдсон байна20,50.РНХ-ийн эдгээр өөрчлөлтүүд, түүнчлэн уургийн молекулуудын өөрчлөлтүүд нь эндосимбионтуудын түншүүдээс хэт хамааралтай байх, эндосимбионтууд дулаан дамжуулах чадваргүй болоход хүргэдэг гэж одоо үзэж байна 21, 23.Хэдийгээр шимэгч микроспоридийн рРНХ нь бүтцийн хувьд тодорхой өөрчлөлттэй байдаг ч эдгээр өөрчлөлтийн шинж чанар нь дулааны тогтвортой байдал буурч, чапероны уургуудаас илүү их хамааралтай байх нь геномын бууралттай организмын РНХ молекулуудын нийтлэг шинж чанар байж болохыг харуулж байна.
Нөгөөтэйгүүр, шимэгч хорхойтнууд микроспориди нь рРНХ болон уургийн хэсгүүдийн доройтлын бүтцийг дуурайлган элбэг дэлбэг, амархан олдоцтой жижиг метаболитуудыг ашиглах чадварыг хөгжүүлж, өргөн хүрээтэй хадгалагдсан рРНХ болон уургийн хэсгүүдийг эсэргүүцэх өвөрмөц чадварыг хөгжүүлсэн болохыг манай бүтэц харуулж байна.Молекулын бүтцийн доройтол..E.cuniculi-ийн rRNA болон рибосом дахь уургийн хэсгүүдийн алдагдлыг нөхдөг жижиг молекулууд нь uL15 ба eL30 уураг дахь микроспоридийн өвөрмөц үлдэгдэлтэй холбогддог нь энэхүү үзэл бодлыг баталж байна.Энэ нь жижиг молекулуудыг рибосомтой холбох нь эерэг сонголтын бүтээгдэхүүн байж болох бөгөөд рибосомын уургийн микроспоридын өвөрмөц мутаци нь жижиг молекулуудтай рибосомын хамаарлыг нэмэгдүүлэх чадвартай тул сонгосон бөгөөд энэ нь рибосомын организмыг илүү үр дүнтэй болгоход хүргэдэг.Энэхүү нээлт нь бичил биетний шимэгч хорхойн молекулын бүтцэд ухаалаг шинэлэг санааг илчилж, редуктив хувьслыг үл харгалзан шимэгчийн молекулын бүтэц хэрхэн үйл ажиллагаагаа хадгалж байгааг илүү сайн ойлгох боломжийг бидэнд олгодог.
Одоогийн байдлаар эдгээр жижиг молекулуудыг тодорхойлох нь тодорхойгүй хэвээр байна.Рибосомын бүтцэд байгаа эдгээр жижиг молекулуудын харагдах байдал яагаад микроспоридийн төрөл зүйлийн хооронд ялгаатай байгаа нь тодорхойгүй байна.Ялангуяа V. necatrix-ийн eL20, K172 уургуудад F170 үлдэгдэл агуулагдаж байсан ч яагаад нуклеотидын холболт V. necatrix-ийн рибосомд биш харин E. cuniculi болон P. locustae-ийн рибосомд ажиглагдаж байгаа нь тодорхойгүй байна.Энэ устгал нь E. cuniculi болон P. locustae-д треонин биш харин V. necatrix дахь тирозин болох 43 uL6 (нуклеотид холбох халаастай зэргэлдээ байрладаг) үлдэгдэлээс үүдэлтэй байж болно.Tyr43-ийн том үнэрт хажуугийн гинж нь стерикийн давхцлын улмаас нуклеотидын холболтод саад учруулж болно.Өөрөөр хэлбэл, илэрхий нуклеотидын устгал нь V. necatrix рибосомын хэлтэрхийг загварчлахад саад болох крио-ЭМ дүрслэлийн нарийвчлал багатай холбоотой байж болно.
Нөгөөтэйгүүр, бидний ажил геномын задралын үйл явц нь зохион бүтээгч хүч байж болохыг харуулж байна.Ялангуяа E. cuniculi рибосомын бүтэц нь микроспоридиа рибосом дахь рРНХ болон уургийн хэсгүүдийн алдагдал нь рибосомын бүтцэд өөрчлөлт оруулах хувьслын даралтыг бий болгодог болохыг харуулж байна.Эдгээр хувилбарууд нь рибосомын идэвхтэй хэсгээс хол байрладаг бөгөөд рРНХ-ийн бууралтаас болж эвдэрч болзошгүй рибосомын оновчтой угсралтыг хадгалах (эсвэл сэргээх) тусалдаг.Энэ нь микроспориди рибосомын томоохон шинэлэг зүйл нь генийн шилжилтийг буфер болгох хэрэгцээ болж хувирсан болохыг харуулж байна.
Магадгүй энэ нь өнөөг хүртэл бусад организмд хэзээ ч ажиглагдаагүй нуклеотидын холболтоор хамгийн сайн дүрслэгдсэн байж болох юм.Нуклеотид холбох үлдэгдэл нь ердийн микроспоридид байдаг боловч бусад эукариотуудад байдаггүй нь нуклеотид холбох газрууд нь зүгээр л алга болохыг хүлээж буй үлдэгдэл эсвэл рРНХ-ийг бие даасан нуклеотидын хэлбэрт оруулах эцсийн цэг биш гэдгийг харуулж байна.Үүний оронд энэ сайт нь эерэг сонгон шалгаруулалтын хэд хэдэн үе шатанд хөгжиж болох ашигтай функц юм шиг санагдаж байна.Нуклеотидуудыг холбох газрууд нь байгалийн шалгарлын дайвар бүтээгдэхүүн байж болно: ES39L задарсны дараа микроспоридиуд ES39L байхгүй үед рибосомын оновчтой биогенезийг сэргээхийн тулд нөхөн төлбөр авахаас өөр аргагүй болдог.Энэхүү нуклеотид нь ES39L дахь A3186 нуклеотидын молекулын контактыг дуурайж чаддаг тул нуклеотидын молекул нь рибосомын барилгын блок болж, eL30 дарааллын мутацаар холболт улам сайжирдаг.
Эс доторх шимэгч хорхойтнуудын молекулын хувьслын тухайд бидний судалгаагаар Дарвины байгалийн шалгарал, геномын задралын генийн шилжилтийн хүч нь зэрэгцээ үйлчилдэггүй, харин хэлбэлзэлтэй байдаг.Нэгдүгээрт, генетикийн шилжилт нь биомолекулын чухал шинж чанарыг арилгаж, нөхөн олговор авах шаардлагатай болдог.Дарвины байгалийн шалгарлаар шимэгч хорхойтнууд энэхүү хэрэгцээгээ хангаж чадсан цагт л тэдний макромолекулууд хамгийн гайхалтай, шинэлэг шинж чанаруудаа хөгжүүлэх боломжтой болно.Чухал нь, E. cuniculi рибосом дахь нуклеотид холбох газруудын хувьсал нь молекулын хувьслын энэхүү алдагдлыг олж авах загвар нь зөвхөн хортой мутацийг хорогдуулаад зогсохгүй заримдаа шимэгч макромолекулуудад цоо шинэ үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг харуулж байна.
Энэ санаа нь байгалийн шалгарлын хатуу тогтолцоо нь организмын шинийг санаачлах чадварыг хязгаарладаг гэсэн Сьюэлл Райтийн хөдөлгөөнт тэнцвэрийн онолтой нийцэж байна51,52,53.Гэсэн хэдий ч, хэрэв генетикийн шилжилт нь байгалийн шалгарлыг тасалдуулж байвал эдгээр шилжилт нь дасан зохицох чадваргүй (эсвэл бүр хор хөнөөлтэй) өөрчлөлтүүдийг бий болгож, илүү өндөр фитнесс эсвэл шинэ биологийн идэвхжилийг бий болгох нэмэлт өөрчлөлтөд хүргэдэг.Манай тогтолцоо нь биомолекулын нугалаа, үйл ажиллагааг бууруулдаг ижил төрлийн мутаци нь түүнийг сайжруулах гол түлхэц болж байгааг харуулж, энэ санааг дэмжиж байна.Хож-хож хувьслын загварт нийцүүлэн бидний судалгаагаар геномын задрал нь улам бүр доройтсон процесс гэж үздэг нь инновацийн гол хөдөлгөгч хүч болж, заримдаа макромолекулуудад шимэгч хорхойн шинэ үйл ажиллагааг олж авах боломжийг олгодог болохыг харуулж байна.тэдгээрийг ашиглаж болно.