Ташаккур ба шумо барои боздид аз Nature.com.Версияи браузере, ки шумо истифода мебаред, дастгирии маҳдуди CSS дорад.Барои таҷрибаи беҳтарин, мо тавсия медиҳем, ки шумо браузери навшударо истифода баред (ё Ҳолати мутобиқатро дар Internet Explorer хомӯш кунед).Дар ҳамин ҳол, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript пешкаш хоҳем кард.
Эволютсияи паразитҳои микробҳо муқовимат байни интихоби табииро дар бар мегирад, ки боиси беҳтар шудани паразитҳо ва дрейфти генетикӣ мегардад, ки боиси аз даст додани паразитҳо ва ҷамъ шудани мутатсияҳои зараровар мегардад.Дар ин ҷо, барои фаҳмидани он, ки ин аксуламал дар миқёси як макромолекула чӣ гуна рух медиҳад, мо сохтори крио-ЭМ-и рибосомаи Encephalitozoon cuniculi, организми эукариотиро бо яке аз хурдтарин геномҳои табиат тавсиф мекунем.Коҳиши шадиди рРНК дар рибосомаҳои E. cuniculi бо тағйироти бесобиқаи сохторӣ, ба монанди эволютсияи пайвандакҳои қаблан номаълуми омехташудаи рРНК ва рРНК бе буғҳо ҳамроҳ мешавад.Илова бар ин, рибосомаи E. cuniculi аз талафоти порчаҳои rRNA ва сафедаҳо тавассути таҳияи қобилияти истифодаи молекулаҳои хурд ҳамчун тақлидҳои сохтории порчаҳо ва сафедаҳои вайроншудаи rRNA наҷот ёфт.Дар маҷмӯъ, мо нишон медиҳем, ки сохторҳои молекулавӣ, ки муддати тӯлонӣ коҳиш ёфтаанд, таназзул мекунанд ва гирифтори мутатсияҳои заифкунанда мебошанд, як қатор механизмҳои ҷубронкунанда доранд, ки онҳоро сарфи назар аз кашишҳои шадиди молекулавӣ фаъол нигоҳ медоранд.
Азбаски аксари гурӯҳҳои паразитҳои микробҳо асбобҳои беназири молекулавӣ барои истисмори мизбонҳои худ доранд, мо аксар вақт маҷбур мешавем, ки барои гурӯҳҳои гуногуни паразитҳо усулҳои гуногуни терапевтӣ таҳия кунем1,2.Бо вуҷуди ин, далелҳои нав нишон медиҳанд, ки баъзе ҷанбаҳои эволютсияи паразитҳо конвергентӣ ва асосан пешгӯишаванда мебошанд, ки заминаи эҳтимолии мудохилаҳои васеи терапевтӣ дар паразитҳои микробҳоро нишон медиҳанд3,4,5,6,7,8,9.
Корҳои қаблӣ як тамоюли умумии эволютсиониро дар паразитҳои микробҳо бо номи коҳиши геном ё таназзули геном муайян кардаанд10,11,12,13.Тадқиқотҳои ҳозира нишон медиҳанд, ки вақте микроорганизмҳо аз тарзи ҳаёти озоди худ даст кашида, ба паразитҳои дохилиҳуҷайравӣ (ё эндосимбионтҳо) табдил меёбанд, геномҳои онҳо дар тӯли миллионҳо сол метаморфозҳои суст, вале аҷибро аз сар мегузаронанд9,11.Дар раванде, ки бо номи пӯсидаи геном маълум аст, паразитҳои микробҳо мутатсияҳои зарароварро ҷамъ мекунанд, ки бисёре аз генҳои қаблан муҳимро ба псевдогенҳо табдил медиҳанд, ки боиси талафоти тадриҷии генҳо ва вайроншавии мутатсия мешаванд14,15.Ин фурӯпошӣ метавонад то 95% генҳои қадимтарин организмҳои дохили ҳуҷайраро дар муқоиса бо намудҳои зиндаи озоди ба ҳам наздик нобуд созад.Ҳамин тариқ, эволютсияи паразитҳои дохилиҳуҷайравӣ ҷанги байни ду қувваи ба ҳам муқобил аст: интихоби табиии дарвинӣ, ки боиси такмили паразитҳо ва шикасти геном мегардад, паразитҳоро ба фаромӯшӣ меандозад.Чӣ гуна паразит тавонист аз ин ҷанг берун шавад ва фаъолияти сохтори молекулавии худро нигоҳ дорад, то ҳол номаълум боқӣ мемонад.
Гарчанде ки механизми таназзули геномҳо пурра фаҳмида нашудааст, ба назар чунин мерасад, ки он асосан аз сабаби тағирёбии генетикии зуд-зуд рух медиҳад.Азбаски паразитҳо дар популятсияҳои хурд, асексуалӣ ва аз ҷиҳати генетикӣ маҳдуд зиндагӣ мекунанд, онҳо наметавонанд мутатсияҳои зараровареро, ки баъзан ҳангоми репликатсияи ДНК ба вуҷуд меоянд, самаранок нест кунанд.Ин ба ҷамъшавии бебозгашти мутатсияҳои зараровар ва кам шудани геноми паразит оварда мерасонад.Дар натиҷа, паразит на танҳо генҳоеро аз даст медиҳад, ки дигар барои зинда мондани он дар муҳити дохили ҳуҷайра зарур нестанд.Маҳз натавонистани популятсияҳои паразитӣ барои самаранок бартараф кардани мутатсияҳои спорадидии зараровар, ки боиси ҷамъ шудани ин мутатсияҳо дар тамоми геном, аз ҷумла генҳои муҳимтарини онҳо мегардад.
Аксарияти фаҳмиши кунунии мо дар бораи коҳиши геномҳо танҳо ба муқоисаи пайдарпаии геномҳо асос ёфтааст, бо таваҷҷӯҳи камтар ба тағирот дар молекулаҳои воқеие, ки вазифаҳои хонасозиро иҷро мекунанд ва ҳамчун ҳадафҳои эҳтимолии маводи мухаддир хидмат мекунанд.Тадқиқотҳои муқоисавӣ нишон доданд, ки бори гарони мутатсияҳои микробҳои дохилиҳуҷайравӣ ба назар мерасад, ки сафедаҳо ва кислотаҳои нуклеинҳоро ба иштибоҳ ва ҷамъшавӣ водор карда, онҳоро бештар вобастагии чаперон ва ба гармӣ ҳассос мегардонад19,20,21,22,23.Илова бар ин, паразитҳои гуногун - эволютсияи мустақил, ки баъзан то 2,5 миллиард сол аз ҳам ҷудо мешаванд, дар синтези сафедаҳои худ5,6 ва механизмҳои таъмири ДНК24 чунин талафоти марказҳои назорати сифатро аз сар гузарониданд.Бо вуҷуди ин, дар бораи таъсири тарзи ҳаёти дохили ҳуҷайра ба ҳама хосиятҳои дигари макромолекулаҳои ҳуҷайра, аз ҷумла мутобиқшавии молекулавӣ ба бори афзояндаи мутатсияҳои зараровар маълумоти кам мавҷуд аст.
Дар ин кор бо максади хубтар фахмидани эволютсияи сафедахо ва кислотахои нуклеинхои микроорганизмхои дохили хучайра сохтори рибосомахои паразити дохилихучайравии Encephalitozoon cuniculi муайян карда шуд.E. cuniculi як организми занбӯруғмонандест, ки ба гурӯҳи микроспоридияҳои паразитӣ тааллуқ дорад, ки геномҳои ғайриоддии эукариотӣ доранд ва аз ин рӯ ҳамчун организмҳои намунавӣ барои омӯзиши таназзули геномҳо истифода мешаванд25,26,27,28,29,30.Ба наздикӣ, сохтори рибосомаи крио-ЭМ барои геномҳои мӯътадил коҳишёфтаи Microsporidia, Paranosema locustae ва Vairimorpha necatrix31,32 (~3.2 Mb геном) муайян карда шуд.Ин сохторҳо нишон медиҳанд, ки баъзе аз даст додани тақвияти rRNA тавассути рушди алоқаҳои нав байни сафедаҳои рибосомаҳои ҳамсоя ё ба даст овардани сафедаҳои нави msL131,32 рибосомӣ ҷуброн карда мешаванд.Намудҳои Encephalitozoon (геном ~ 2,5 миллион bp) дар якҷоягӣ бо хеши наздиктарини онҳо Ордоспора дараҷаи ниҳоии коҳиши геномро дар эукариотҳо нишон медиҳанд - онҳо камтар аз 2000 генҳои сафедадор доранд ва интизор меравад, ки рибосомаҳои онҳо на танҳо аз рибосомаҳои рРНК, ки аз паҳншавии бактерияҳо (қисмҳои паҳншавии рРНК) маҳруманд. l рибосомаҳо) инчунин аз сабаби набудани гомологҳо дар геноми E. cuniculi чор сафедаи рибосомӣ доранд26,27,28.Аз ин рӯ, мо ба хулосае омадем, ки рибосомаи E. cuniculi метавонад стратегияҳои қаблан номаълуми мутобиқшавии молекулавӣ ба таназзули геномҳоро ошкор кунад.
Сохтори крио-ЭМ-и мо хурдтарин рибосомаи эукариотии ситоплазмиро ифода мекунад, ки бояд тавсиф карда шавад ва дар бораи он, ки чӣ гуна дараҷаи ниҳоии коҳиши геном ба сохтор, васлшавӣ ва эволютсияи механизми молекулавӣ, ки ҷудонашавандаи ҳуҷайра аст, таъсир мерасонад.Мо фаҳмидем, ки рибосомаи E. cuniculi бисёр принсипҳои ба таври васеъ ҳифзшавандаи қабати РНК ва маҷмӯи рибосомаҳоро вайрон мекунад ва сафедаи нави қаблан номаълуми рибосомаро кашф кард.Ба таври ғайричашмдошт, мо нишон медиҳем, ки рибосомаҳои микроспоридия қобилияти пайваст кардани молекулаҳои хурдро инкишоф додаанд ва фарзия мекунанд, ки буришҳо дар rRNA ва сафедаҳо навовариҳои эволютсиониро ба вуҷуд меоранд, ки метавонанд дар ниҳоят сифатҳои муфидро дар рибосома диҳанд.
Барои такмил додани фаҳмиши мо дар бораи эволютсияи сафедаҳо ва кислотаҳои нуклеинӣ дар организмҳои дохили ҳуҷайра, мо тасмим гирифтем, ки спораҳои E. cuniculi-ро аз фарҳанги ҳуҷайраҳои сироятшудаи ширхӯрон ҷудо кунем, то рибосомаҳои онҳоро тоза кунем ва сохтори ин рибосомаҳоро муайян кунем.Гирифтани миқдори зиёди микроспоридияҳои паразитӣ душвор аст, зеро микроспоридияҳоро дар муҳити ғизоӣ парвариш кардан мумкин нест.Ба ҷои ин, онҳо танҳо дар дохили ҳуҷайраи мизбон афзоиш ва афзоиш меёбанд.Аз ин рӯ, барои ба даст овардани биомассаи E. cuniculi барои тоза кардани рибосома, мо хатти ҳуҷайраи гурдаи ширхӯрон RK13-ро бо қаламчаҳои E. cuniculi сироят кардем ва ин ҳуҷайраҳои сироятшударо дар тӯли чанд ҳафта парвариш кардем, то ки E. cuniculi афзоиш ва афзоиш ёбад.Бо истифода аз як қабати ҳуҷайраҳои сироятёфтаи тақрибан ним метри мураббаъ, мо тавонистем тақрибан 300 мг қаламчаҳои Microsporidia-ро тоза кунем ва онҳоро барои ҷудо кардани рибосомаҳо истифода барем.Сипас, мо спораҳои тозашударо бо маҳтобҳои шишагӣ вайрон кардем ва рибосомаҳои хомро бо истифода аз фраксияи марҳилаи полиэтиленгликоли лизатҳо ҷудо кардем.Ин ба мо имкон дод, ки барои тахлили структура кариб 300 мкг рибосомахои хоми E. cuniculi гирем.
Пас аз он мо бо истифода аз намунаҳои рибосомаҳои бадастомада тасвирҳои крио-ЭМ ҷамъоварӣ кардем ва ин тасвирҳоро бо истифода аз ниқобҳои мувофиқ ба зершӯъбаи калони рибосомӣ, сари зерқисмҳои хурд ва зербахши хурд коркард кардем.Дар давоми ин раванд, мо тасвирҳои тақрибан 108,000 зарраҳои рибосомӣ ҷамъоварӣ кардем ва тасвирҳои ҳисобшудаи крио-EM бо қарори 2,7 Å (Расмҳои иловагӣ 1-3).Сипас мо тасвирҳои cryoEM-ро барои моделсозии rRNA, протеини рибосомӣ ва омили хоби Mdf1, ки бо рибосомаҳои E. cuniculi алоқаманданд, истифода бурдем (расми 1а, б).
Сохтори рибосомаи E. cuniculi дар мураккаб бо омили хоби Mdf1 (pdb id 7QEP).б Харитаи омили хоби Mdf1, ки бо рибосомаи E. cuniculi алоқаманд аст.в Харитаи сохтори дуюмдараҷа бо муқоисаи rRNA-и барқароршуда дар намудҳои Microsporidian бо сохторҳои маълуми рибосомӣ.Панелҳо ҷойгиршавии порчаҳои пурқувватшудаи rRNA (ES) ва сайтҳои фаъоли рибосома, аз ҷумла макони рамзкушоӣ (DC), ҳалқаи сарциницин (SRL) ва маркази пептидил трансфераза (PTC) -ро нишон медиҳанд.г Зичии электроне, ки ба маркази пептидилтрансферазаи рибосомаи E. cuniculi мувофиқ аст, аз он шаҳодат медиҳад, ки ин макони каталитикӣ дар паразити E. cuniculi ва соҳибони он, аз ҷумла H. sapiens сохтори якхела дорад.e, f Зичии электронии мутаносиби маркази рамзкушоӣ (д) ва сохтори схематикии маркази рамзкушоӣ (f) нишон медиҳанд, ки E. cuniculi дар бисёр эукариотҳои дигар ба ҷои A1491 (рақамгузории E. coli) пасмондаҳои U1491 дорад.Ин тағирот нишон медиҳад, ки E. cuniculi метавонад ба антибиотикҳое, ки ин макони фаъолро ҳадаф қарор медиҳанд, ҳассос бошад.
Дар муқоиса бо сохторҳои қаблан муқарраршудаи рибосомаҳои V. necatrix ва P. locustae (ҳарду сохтор як оилаи микроспоридияҳои Nosematidae мебошанд ва ба ҳамдигар хеле монанданд), 31,32 рибосомаҳои E. cuniculi равандҳои сершумори рРНК ва порашавии сафедаҳоро аз сар мегузаронанд.Денатуратсияи минбаъда (Рақмҳои 4-6).Дар rRNA, тағироти ҷолибтарин талафоти пурраи порчаи 25S rRNA-и пурқувватшудаи ES12L ва таназзули қисман спиралҳои h39, h41 ва H18 буданд (расми 1c, Расми иловагӣ 4).Дар байни сафедаҳои рибосомӣ, тағироти ҷолибтарин талафоти пурраи сафедаи eS30 ва кӯтоҳ кардани сафедаҳои eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17 ва eS7 буданд (Расмҳои иловагӣ 4, 5).
Ҳамин тариқ, коҳиши шадиди геномҳои намудҳои энцефалотзоон/Ордоспора дар сохтори рибосомаҳои онҳо инъикос меёбад: Рибосомаҳои E. cuniculi талафоти шадиди таркиби сафедаро дар рибосомаҳои ситоплазмии эукариотӣ, ки бояд тавсифи сохторӣ дошта бошанд, эҳсос мекунанд ва онҳо ҳатто он сафедаҳое надоранд, ки на танҳо дар rRNA ва ба таври васеъ консервативӣ, балки дар се порча сафеда доранд. соҳаҳои ҳаёт.Сохтори рибосомаи E. cuniculi модели аввалини молекулавии ин тағиротро пешкаш мекунад ва рӯйдодҳои эволютсиониро ошкор мекунад, ки ҳам аз ҷониби геномикаи муқоисавӣ ва ҳам омӯзиши сохтори биомолекулярии дохили ҳуҷайра нодида гирифта шудаанд (расми 7).Дар зер, мо ҳар яке аз ин рӯйдодҳоро бо пайдоиши эҳтимолии эволютсионии онҳо ва таъсири эҳтимолии онҳо ба функсияи рибосома тавсиф мекунем.
Пас аз он мо дарёфтем, ки ба ғайр аз буришҳои калони rRNA, рибосомаҳои E. cuniculi дар яке аз маконҳои фаъоли худ вариантҳои rRNA доранд.Гарчанде ки маркази пептидилтрансферазаи рибосомаи E.cuniculi сохтори дигар рибосомаҳои эукариотӣ дорад (расми 1г), маркази рамзкушоӣ аз сабаби тағирёбии пайдарпай дар нуклеотиди 1491 (рақамгузории E. coli, расми 1e, f) фарқ мекунад.Ин мушоҳида муҳим аст, зеро макони рамзкушоии рибосомаҳои эукариотӣ одатан боқимондаҳои G1408 ва A1491 дар муқоиса бо пасмондаҳои навъи бактериявии A1408 ва G1491 доранд.Ин тағирот дар ҳассосияти гуногуни рибосомаҳои бактериявӣ ва эукариотӣ ба оилаи аминогликозидҳои антибиотикҳои рибосомӣ ва дигар молекулаҳои хурд, ки макони рамзкушоиро ҳадаф қарор медиҳанд, асос ёфтааст.Дар макони рамзкушоии рибосомаи E. cuniculi, боқимондаи A1491 бо U1491 иваз карда шуд, ки эҳтимолан интерфейси беназири ҳатмиро барои молекулаҳои хурде, ки ба ин сайти фаъол нигаронида шудааст, эҷод кунад.Ҳамин варианти A14901 дар дигар микроспоридияҳо, аз қабили P. locustae ва V. necatrix низ мавҷуд аст, ки аз он шаҳодат медиҳад, ки он дар байни намудҳои микроспоридия паҳн шудааст (расми 1f).
Азбаски намунаҳои рибосомаҳои E. cuniculi-и мо аз қаламчаҳои аз ҷиҳати метаболикӣ ғайрифаъол ҷудо карда шудаанд, мо харитаи крио-EM-и E. cuniculi-ро барои пайвастани рибосомаҳои қаблан тавсифшуда дар шароити стресс ё гуруснагӣ озмоиш кардем.Омилҳои интизорӣ 31,32,36,37, 38. Мо сохтори қаблан муқарраршудаи рибосомаи зимистонгузарониро бо харитаи крио-ЭМ рибосомаи E. cuniculi мувофиқ кардем.Барои пайвастшавӣ рибосомаҳои S. cerevisiae дар маҷмӯа бо омили хоби Stm138, рибосомаҳои малах дар комплекс бо омили Lso232 ва рибосомаҳои V. necatrix дар комплекс бо омилҳои Mdf1 ва Mdf231 истифода шуданд.Ҳамзамон, мо зичии крио-EMро пайдо кардем, ки ба омили боқимондаи Mdf1 мувофиқ аст.Монанди пайвастшавии Mdf1 ба рибосомаи V. necatrix, Mdf1 инчунин ба рибосомаи E. cuniculi мепайвандад, ки дар он макони E-и рибосомаро маҳкам мекунад ва эҳтимолан барои дастрас шудани рибосомаҳо ҳангоми ғайрифаъолшавии бадан спораҳои паразитӣ аз ҷиҳати метаболикӣ ғайрифаъол мешаванд (расми 2).).
Mdf1 макони E-и рибосомаро маҳкам мекунад, ки ба назар мерасад, ки ҳангоми ғайрифаъол шудани қаламчаҳои паразитӣ рибосомаро ғайрифаъол мекунад.Дар сохтори рибосомаи E. cuniculi, мо дарёфтем, ки Mdf1 алоқаи қаблан номаълумро бо пояи рибосомаи L1, қисми рибосома ташкил медиҳад, ки ҳангоми синтези сафеда ба баровардани тРНК-и деацилшуда аз рибосома мусоидат мекунад.Ин тамосҳо нишон медиҳанд, ки Mdf1 аз рибосома бо истифода аз механизми tRNA-и деацетилшуда ҷудо мешавад ва шарҳи имконпазирро дар бораи он, ки рибосома Mdf1-ро барои дубора фаъол кардани синтези сафедаҳо хориҷ мекунад, медиҳад.
Бо вуҷуди ин, сохтори мо тамоси номаълуми байни Mdf1 ва пои рибосомаи L1-ро ошкор кард (қисми рибосома, ки барои баровардани tRNA-и деацилшуда аз рибосома ҳангоми синтези сафедаҳо кӯмак мекунад).Аз ҷумла, Mdf1 ҳамон контактҳоро ҳамчун сегменти оринҷи молекулаи tRNA-и деацилшуда истифода мебарад (расми 2).Ин моделсозии молекулавии қаблан номаълум нишон дод, ки Mdf1 аз рибосома бо истифода аз механизми tRNA-и деацетилизатсияшуда ҷудо мешавад, ки мефаҳмонад, ки чӣ гуна рибосома ин омили интизориро барои дубора фаъол кардани синтези сафедаҳо хориҷ мекунад.
Ҳангоми сохтани модели rRNA мо дарёфтем, ки рибосомаи E. cuniculi дорои порчаҳои рРНК-и ба таври ғайримуқаррарӣ печонидашуда дорад, ки мо онҳоро рРНК-и омехта меномем (расми 3).Дар рибосомаҳое, ки се домени ҳаётро фаро мегиранд, rRNA ба сохторҳое мубаддал мешаванд, ки дар онҳо аксари асосҳои rRNA ё бо ҳам ҷуфт мешаванд ва ё бо ҳам якҷоя мешаванд ё бо сафедаҳои рибосомӣ мутақобила мекунанд38,39,40.Бо вуҷуди ин, дар рибосомаҳои E. cuniculi, rRNA-ҳо ин принсипи қатшавиро вайрон карда, баъзе спиралҳои худро ба минтақаҳои кушодашудаи rRNA табдил медиҳанд.
Сохтори спирали H18 25S rRNA дар S. cerevisiae, V. necatrix ва E. cuniculi.Одатан, дар рибосомаҳое, ки се домени ҳаётро фаро мегиранд, ин пайвандкунанда ба спирали РНК мубаддал мешавад, ки аз 24 то 34 боқимонда дорад.Дар Microsporidia, баръакс, ин пайвандгари rRNA тадриҷан ба ду пайвандгари якқатораи аз уридин бой, ки танҳо 12 боқимонда доранд, кам карда мешавад.Аксари ин пасмондаҳо ба ҳалкунандаҳо дучор мешаванд.Дар расм нишон дода шудааст, ки микроспоридияҳои паразитӣ принсипҳои умумии қабати rRNA-ро вайрон мекунанд, ки дар он асосҳои rRNA одатан бо дигар асосҳо пайваст мешаванд ё дар таъсири мутақобилаи rRNA-протеинҳо иштирок мекунанд.Дар микроспоридия баъзе порчаҳои рРНК қабати номусоид мегиранд, ки дар он спирали пештараи рРНК ба як пораи якқаторе табдил меёбад, ки тақрибан дар хати рост дароз карда шудааст.Мавҷудияти ин минтақаҳои ғайриоддӣ ба microsporidia rRNA имкон медиҳад, ки бо истифода аз шумораи ками асосҳои РНК порчаҳои дури rRNA-ро бипайвандад.
Намунаи барҷастатарини ин гузариши эволютсиониро дар спирали H18 25S rRNA мушоҳида кардан мумкин аст (расми 3).Дар намудҳо аз E. coli ба одамон, асосҳои ин спирали rRNA дорои 24-32 нуклеотид буда, спирали каме номунтазамро ташкил медиҳанд.Дар сохторҳои рибосомаҳои қаблан муайяншуда аз V. necatrix ва P. locustae31,32 пояҳои чархаи H18 қисман печонида шудаанд, аммо ҷуфтшавии пойгоҳи нуклеотидҳо нигоҳ дошта мешавад.Аммо, дар E. cuniculi ин порчаи рРНК пайвандгари кӯтоҳтарин 228UUUUGU232 ва 301UUUUUUUUU307 мегардад.Баръакси порчаҳои маъмулии rRNA, ин пайвандакҳои бойи уридин бо сафедаҳои рибосомӣ печида намешаванд ё алоқаи васеъ надоранд.Ба ҷои ин, онҳо сохторҳои бо ҳалкунанда кушода ва комилан кушодашударо қабул мекунанд, ки дар онҳо риштаҳои rRNA тақрибан рост дароз карда мешаванд.Ин конформатсияи дарозшуда мефаҳмонад, ки чӣ тавр E. cuniculi барои пур кардани холигии 33 Å байни спиралҳои H16 ва H18 rRNA танҳо 12 асоси РНК-ро истифода мебарад, дар ҳоле ки намудҳои дигар барои пур кардани холигоҳ ҳадди аққал ду маротиба зиёдтар асосҳои rRNA-ро талаб мекунанд.
Ҳамин тариқ, мо метавонем нишон диҳем, ки тавассути қабати аз ҷиҳати энергетикӣ номусоид, микроспоридияҳои паразитӣ стратегияи бастани ҳатто он сегментҳои rRNA-ро таҳия кардаанд, ки дар байни намудҳо дар се соҳаи ҳаёт ба таври васеъ нигоҳ дошта мешаванд.Эҳтимол, бо ҷамъ кардани мутатсияҳое, ки спиралҳои рРНК-ро ба пайвандакҳои кӯтоҳи поли-U табдил медиҳанд, E. cuniculi метавонад порчаҳои ғайриоддии рРНК-ро, ки дорои ҳарчи камтар нуклеотидҳо барои пайваст кардани порчаҳои рРНК-и дурдаст доранд, ташкил кунанд.Ин кӯмак мекунад, ки чӣ тавр микроспоридияҳо ба коҳиши назарраси сохтори молекулавии онҳо бе аз даст додани тамомияти сохторӣ ва функсионалии худ ноил шуданд.
Хусусияти дигари ѓайриоддии E. cuniculi rRNA пайдоиши рРНК бе ѓафсшавї мебошад (расми 4).Bulges нуклеотидҳои бидуни ҷуфтҳои асосӣ мебошанд, ки ба ҷои пинҳон шудан дар спирали РНК берун мешаванд.Аксарияти баромадҳои rRNA ҳамчун илтиёмҳои молекулавӣ амал мекунанд, ки барои пайваст кардани сафедаҳои рибосомӣ ё дигар порчаҳои rRNA кӯмак мекунанд.Баъзе аз луқмаҳо ҳамчун ҳалқа амал мекунанд, ки спирали rRNA ба таври оптималӣ барои синтези сафедаҳои ҳосилхез печида ва печонида шаванд 41.
а Баромади rRNA (рақамгузории S. cerevisiae) дар сохтори рибосомаи E. cuniculi мавҷуд нест, аммо дар аксари эукариотҳои дигар b E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens ва E. cuniculi рибосомаҳои дохилӣ мавҷуд аст.паразитҳо аз рРНК-и қадимии хеле ҳифзшуда надоранд.Ин ғафсӣ сохтори рибосомаро устувор мегардонад;аз ин рӯ, набудани онҳо дар микроспоридияҳо аз паст шудани устувории қабати rRNA дар паразитҳои микроспоридия шаҳодат медиҳад.Муқоиса бо ятиҳои P (ятиҳои L7/L12 дар бактерияҳо) нишон медиҳад, ки талафоти риштаҳои rRNA баъзан бо пайдоиши кӯлҳои нав дар паҳлӯи чӯбҳои гумшуда мувофиқат мекунанд.Спирали H42 дар 23S/28S rRNA дорои буриши қадимӣ (U1206 дар Saccharomyces cerevisiae) аз ҳисоби ҳифзи он дар се соҳаи ҳаёт ҳадди аққал 3,5 миллиард сол аст.Дар микроспоридия ин варам бартараф карда мешавад.Аммо дар паҳлӯи қафои гумшуда (A1306 дар E. cuniculi) як буриши нав пайдо шуд.
Тааҷҷубовар аст, ки мо дарёфтем, ки рибосомаҳои E. cuniculi аксарияти рРНК-и дар дигар намудҳо мавҷудбуда, аз ҷумла зиёда аз 30 бурҷи дар дигар эукариотҳо нигоҳ дошташуда надоранд (расми 4а).Ин талафот алоқаҳои зиёдеро байни зерқисмҳои рибосомавӣ ва спиралҳои рРНК-и ҳамшафат аз байн мебарад ва баъзан дар дохили рибосома холигии калони холӣ ба вуҷуд оварда, рибосомаи E. cuniculi нисбат ба рибосомаҳои анъанавӣ ковоктар мешавад (расми 4б).Қобили зикр аст, ки мо дарёфтем, ки аксари ин буришҳо инчунин дар сохторҳои рибосомаи V. necatrix ва P. locustae қаблан муайяншуда гум шудаанд, ки аз ҷониби таҳлилҳои сохтории қаблӣ нодида гирифта шудаанд31,32.
Баъзан аз байн рафтани рахҳои rRNA бо пайдоиши буришҳои нав дар паҳлӯи буриши гумшуда ҳамроҳ мешавад.Масалан, дар пояи рибосомаи P-и рибосомӣ дорои қаъри U1208 (дар Saccharomyces cerevisiae) мавҷуд аст, ки аз E. coli то инсон зинда мондааст ва бинобар ин, синну солаш 3,5 миллиард сол аст.Ҳангоми синтези сафеда, ин буриш ба пояи P кӯмак мекунад, ки дар байни конформатсияҳои кушода ва пӯшида ҳаракат кунад, то рибосома омилҳои тарҷумаро ҷалб кунад ва онҳоро ба макони фаъол расонад.Дар рибосомаҳои E. cuniculi ин ғафсшавӣ вуҷуд надорад;аммо ғафсшавии нав (G883) танҳо дар се ҷуфти пойгоҳ ҷойгир шуда метавонад ба барқарорсозии чандирии оптималии пояи P мусоидат кунад (расми 4c).
Маълумоти мо дар бораи рРНК бидуни буғҳо нишон медиҳад, ки кам кардани rRNA на танҳо бо талафи элементҳои rRNA дар сатҳи рибосома маҳдуд намешавад, балки метавонад инчунин ядрои рибосомаро дар бар гирад ва як нуқсони молекулавии хоси паразитро эҷод кунад, ки дар ҳуҷайраҳои озод тавсиф карда нашудааст.намудхои зинда мушохида карда мешаванд.
Пас аз моделсозии сафедаҳои каноникии рибосомӣ ва rRNA, мо фаҳмидем, ки ҷузъҳои муқаррарии рибосомӣ се қисми тасвири крио-ЭМ-ро шарҳ дода наметавонанд.Ду аз ин порчаҳо молекулаҳои хурд мебошанд (расми 5, расми 8).Сегменти аввал дар байни сафедаҳои рибосомӣ uL15 ва eL18 дар мавқеъе ҷойгир шудааст, ки одатан аз ҷониби C-терминуси eL18, ки дар E. cuniculi кӯтоҳ карда шудааст, ишғол мекунад.Гарчанде ки мо шахсияти ин молекуларо муайян карда наметавонем, андоза ва шакли ин ҷазираи зич бо мавҷудияти молекулаҳои спермидин хуб шарҳ дода мешавад.Пайвастагии он ба рибосома тавассути мутатсияҳои хоси микроспоридия дар сафедаҳои uL15 (Asp51 ва Arg56) мӯътадил мешавад, ки ба назар мерасад, ки наздикии рибосомаро ба ин молекулаи хурд зиёд мекунад, зеро онҳо ба uL15 имкон медиҳанд, ки молекулаи хурдро ба сохтори рибосомаӣ печонанд.Расми иловагӣ 2).8, маълумоти иловагӣ 1, 2).
Тасвирҳои крио-ЭМ, ки мавҷудияти нуклеотидҳоро берун аз рибоза, ки ба рибосомаи E. cuniculi пайвастанд, нишон медиҳад.Дар рибосомаи E. cuniculi ин нуклеотид бо нуклеотиди 25S rRNA A3186 (рақамгузории Saccharomyces cerevisiae) дар аксари дигар рибосомаҳои эукариотӣ ҳамон ҷойро ишғол мекунад.б Дар сохтори рибосомаии E. cuniculi ин нуклеотид дар байни сафедаҳои рибосомӣ uL9 ва eL20 ҷойгир шуда, бо ҳамин робитаи байни ду сафеда муътадил мегардад.Таҳлили пайдарпаии cd eL20 дар байни намудҳои микроспоридия.Дарахти филогенетикии намудҳои Microsporidia (c) ва ҳамбастагии сершумори сафедаи eL20 (d) нишон медиҳанд, ки пасмондаҳои нуклеотидҳои F170 ва K172 дар аксари Microsporidia-ҳои маъмулӣ нигоҳ дошта мешаванд, ба истиснои S. lophii, ба истиснои Microsporidia барвақт шохадор, ки тамдиди Microsporidia-ро нигоҳ медорад, ки тамдиди он.e Ин рақам нишон медиҳад, ки боқимондаҳои нуклеотидҳои F170 ва K172 танҳо дар eL20-и геномҳои хеле камшудаи микроспоридия мавҷуданд, аммо дар дигар эукариотҳо нестанд.Дар маҷмӯъ, ин маълумотҳо аз он шаҳодат медиҳанд, ки рибосомаҳои Microsporidian як макони ҳатмии нуклеотидҳоро таҳия кардаанд, ки ба назар мерасад молекулаҳои AMP-ро мепайвандад ва онҳоро барои мӯътадил кардани таъсири мутақобилаи сафедаҳо ва сафедаҳо дар сохтори рибосомаҳо истифода мебаранд.Нигоҳдории баланди ин макони ҳатмӣ дар Microsporidia ва мавҷуд набудани он дар дигар эукариотҳо аз он шаҳодат медиҳад, ки ин сайт метавонад барои Microsporidia бартарии интихобии зинда монданро таъмин кунад.Ҳамин тариқ, ҷайби нуклеотидҳои ҳатмӣ дар рибосомаи микроспоридия ҳамчун хусусияти таназзул ё шакли ниҳоии таназзули рРНК, ки қаблан тавсиф шуда буд, ба назар намерасад, балки як навоварии муфиди эволютсионалӣ, ки ба рибосомаи микроспоридия имкон медиҳад, ки молекулаҳои хурдро мустақиман пайваст кунад ва онҳоро ҳамчун блокҳои сохтмонии молекулавӣ истифода барад.блокҳои сохтмонӣ барои рибосомаҳо.Ин кашфиёт рибосомаи микроспоридияро ягона рибосома месозад, ки маълум аст, ки як нуклеотидро ҳамчун блоки сохтории худ истифода мебарад.f Роҳи гипотетикии эволютсионӣ, ки аз пайвастшавии нуклеотидҳо ба даст омадааст.
Зичии дуюми вазни молекулавии паст дар интерфейси байни сафедаҳои рибосомӣ uL9 ва eL30 ҷойгир аст (расми 5а).Ин интерфейс қаблан дар сохтори рибосомаи Saccharomyces cerevisiae ҳамчун макони ҳатмӣ барои 25S нуклеотиди rRNA A3186 (қисми тамдиди ES39L rRNA)38 тавсиф шуда буд.Нишон дода шуд, ки дар рибосомаҳои таназзулшудаи P. locustae ES39L ин интерфейс як нуклеотиди ягонаи номаълуми 31-ро мепайвандад ва тахмин карда мешавад, ки ин нуклеотид шакли ниҳоии rRNA камшуда мебошад, ки дарозии rRNA ~ 130-230 асос аст.ES39L ба як нуклеотиди ягона кам карда мешавад 32.43.Тасвирҳои крио-EM-и мо ақидаро дастгирӣ мекунанд, ки зичро бо нуклеотидҳо шарҳ додан мумкин аст.Аммо, резолюцияи баландтари сохтори мо нишон дод, ки ин нуклеотид молекулаи экстрарибосомӣ, эҳтимолан AMP мебошад (расми 5а, б).
Пас аз он мо пурсидем, ки оё макони пайвастшавии нуклеотидҳо дар рибосомаи E. cuniculi пайдо шудааст ё он қаблан вуҷуд дошт.Азбаски пайвастагии нуклеотидҳо асосан тавассути пасмондаҳои Phe170 ва Lys172 дар протеини рибосомаи eL30 миёнаравӣ мекунанд, мо нигоҳдории ин пасмондаҳоро дар 4396 эукариотҳои намояндагӣ арзёбӣ кардем.Тавре ки дар мавриди uL15 дар боло, мо дарёфтем, ки боқимондаҳои Phe170 ва Lys172 танҳо дар Microsporidia маъмулӣ хеле нигоҳ дошта мешаванд, аммо дар дигар эукариотҳо, аз ҷумла Microsporidia Mitosporidium ва Amphiamblys атипикӣ, ки дар онҳо порчаи ES39L rRNA кам нашудааст, вуҷуд надорад (6445,645).-е).
Якҷоя гирифта, ин маълумотҳо ақидаро дастгирӣ мекунанд, ки E. cuniculi ва эҳтимолан дигар микроспоридияҳои каноникӣ қобилияти ба таври муассир забт кардани миқдори зиёди метаболитҳои хурд дар сохтори рибосомаро барои ҷуброн кардани коҳиши сатҳи rRNA ва сафедаҳо таҳия кардаанд.Дар ин кор, онҳо қобилияти беназири пайваст кардани нуклеотидҳоро берун аз рибосома таҳия карда, нишон медиҳанд, ки сохторҳои молекулавии паразитӣ тавассути гирифтани метаболитҳои фаровони хурд ва истифодаи онҳо ҳамчун тақлидҳои сохтории РНК ва порчаҳои сафеда вайроншуда ҷуброн мекунанд..
Қисми сеюми тақлиднашудаи харитаи крио-EM-и мо, ки дар зербахши калони рибосомӣ пайдо шудааст.Ҳаҷми нисбатан баланд (2,6 Å) харитаи мо нишон медиҳад, ки ин зичӣ ба сафедаҳо тааллуқ дорад, ки таркиби беназири боқимондаҳои занҷири паҳлӯи калон доранд, ки ба мо имкон дод, ки ин зичро ҳамчун протеини рибосомаи қаблан номаълум муайян кунем, ки онро msL2 (Microsporidia-протеини мушаххас L2) муайян кардем (усулҳо, расми 6).Ҷустуҷӯи гомологии мо нишон дод, ки msL2 дар қабати Microsporidia аз насли Encephaliter ва Orosporidium нигоҳ дошта мешавад, аммо дар дигар намудҳо, аз ҷумла дигар Microsporidia, вуҷуд надорад.Дар сохтори рибосомӣ, msL2 холигоҳро ишғол мекунад, ки дар натиҷаи аз даст додани rRNA васеъшудаи ES31L ба вуҷуд омадааст.Дар ин холӣ, msL2 ба эътидол овардани қабати rRNA кӯмак мекунад ва метавонад талафоти ES31L-ро ҷуброн кунад (Расми 6).
Зичии электрон ва модели сафедаи рибосомавии ба Microsporidia хоси msL2, ки дар рибосомаҳои E. cuniculi ёфт шудааст.b Аксарияти рибосомаҳои эукариотӣ, аз ҷумла рибосомаи 80S аз Saccharomyces cerevisiae, амплификацияи ES19L rRNA дар аксари намудҳои Microsporidian гум шудаанд.Сохтори қаблан муқарраршудаи рибосомаи V. necatrix microsporidia аз он шаҳодат медиҳад, ки талафоти ES19L дар ин паразитҳо тавассути эволютсияи протеини нави ribosomal msL1 ҷуброн карда мешавад.Дар ин таҳқиқот, мо дарёфтем, ки рибосомаи E. cuniculi инчунин протеини тақлиди РНК-и рибосомаро ҳамчун ҷуброни намоёни талафоти ES19L таҳия кардааст.Аммо, msL2 (дар айни замон ҳамчун протеини гипотетикии ECU06_1135 эзоҳ дода шудааст) ва msL1 пайдоиши сохторӣ ва эволютсионии гуногун доранд.c Ин кашфи насли сафедаҳои рибосомаии msL1 ва msL2 аз ҷиҳати эволютсионалӣ ба ҳам алоқаманд аз он шаҳодат медиҳад, ки агар рибосомаҳо дар rRNA-и худ мутатсияҳои зараровар ҷамъ кунанд, онҳо метавонанд ба сатҳи бесобиқаи гуногунии таркибӣ ҳатто дар як маҷмӯи хурди намудҳои ба ҳам наздик ноил шаванд.Ин кашфиёт метавонад барои равшан кардани пайдоиш ва эволютсияи рибосомаи митохондриалӣ, ки бо кам шудани rRNA ва тағирёбии ғайримуқаррарии таркиби сафеда дар байни намудҳо маълум аст, кӯмак кунад.
Пас аз он мо протеини msL2-ро бо протеини msL1, ки қаблан тавсиф шуда буд, муқоиса кардем, ягона протеини рибосомаи хоси микроспоридия, ки дар рибосомаи V. necatrix ёфт шудааст.Мо мехостем санҷем, ки оё msL1 ва msL2 аз ҷиҳати эволютсионалӣ алоқаманданд.Таҳлили мо нишон дод, ки msL1 ва msL2 дар сохтори рибосомавӣ як холигоҳро ишғол мекунанд, вале сохторҳои ибтидоӣ ва сеюми гуногун доранд, ки ин аз пайдоиши мустақили эволютсионии онҳо шаҳодат медиҳад (расми 6).Ҳамин тариқ, кашфи мо дар бораи msL2 далелҳо медиҳад, ки гурӯҳҳои намудҳои паймон эукариотӣ метавонанд мустақилона сафедаҳои аз ҷиҳати сохторӣ фарқкунандаи рибосомаро барои ҷуброн кардани талафоти порчаҳои rRNA таҳаввул кунанд.Ин бозёфт дар он аст, ки аксари рибосомаҳои эукариотии ситоплазма дорои протеини инвариантӣ, аз ҷумла як оилаи 81 сафедаи рибосомӣ мебошанд.Пайдоиши msL1 ва msL2 дар табақаҳои гуногуни микроспоридияҳо дар посух ба талафоти сегментҳои васеъшудаи rRNA аз он шаҳодат медиҳад, ки таназзули меъмории молекулавии паразитҳо боиси ҷустуҷӯи мутатсияҳои ҷуброншаванда мегардад, ки дар ниҳоят метавонад боиси ба даст овардани онҳо дар популятсияи паразитҳои гуногун гардад.сохторҳо.
Ниҳоят, вақте ки модели мо анҷом ёфт, мо таркиби рибосомаи E. cuniculi-ро бо он чизе, ки аз пайдарпаии геном пешбинӣ шудааст, муқоиса кардем.Якчанд протеинҳои рибосомӣ, аз ҷумла eL14, eL38, eL41 ва eS30, қаблан аз сабаби мавҷуд набудани гомологҳои онҳо аз геномҳои E. cuniculi аз геномҳои E. cuniculi гум шудаанд.Дар аксари дигар паразитҳои дохили ҳуҷайра ва эндосимбионтҳои хеле камшуда талафоти зиёди сафедаҳои рибосомӣ низ пешбинӣ шудааст.Масалан, гарчанде ки аксари бактерияҳои озод зинда як оилаи 54 сафедаи рибосомаиро дар бар мегиранд, танҳо 11 оилаи сафеда дар ҳар як геноми таҳлилшудаи бактерияҳои аз ҷониби мизбон маҳдудшуда гомологҳои ошкоршаванда доранд.Барои тасдиқи ин мафҳум, талафоти сафедаҳои рибосомӣ дар V. necatrix ва P. locustae microsporidia, ки сафедаҳои eL38 ва eL4131,32 надоранд, ба таври таҷрибавӣ мушоҳида шудааст.
Аммо, сохторҳои мо нишон медиҳанд, ки танҳо eL38, eL41 ва eS30 воқеан дар рибосомаи E. cuniculi гум мешаванд.Протеини eL14 ҳифз карда шуд ва сохтори мо нишон дод, ки чаро ин сафеда дар ҷустуҷӯи гомологӣ ёфт нашуд (расми 7).Дар рибосомаҳои E. cuniculi, қисми зиёди макони ҳатмии eL14 аз сабаби таназзули rRNA пурқувватшудаи ES39L гум мешавад.Дар сурати набудани ES39L, eL14 қисми зиёди сохтори дуюмдараҷаи худро гум кард ва танҳо 18% пайдарпаии eL14 дар E. cuniculi ва S. cerevisiae якхела буд.Ин нигоҳдории сусти пайдарпай аҷиб аст, зеро ҳатто Saccharomyces cerevisiae ва Homo sapiens - организмҳое, ки дар масофаи 1,5 миллиард сол эволютсия шудаанд, беш аз 51% ҳамон пасмондаҳоро дар eL14 тақсим мекунанд.Ин талафоти ғайримуқаррарии нигоҳдорӣ мефаҳмонад, ки чаро E. cuniculi eL14 дар айни замон ҳамчун протеини тахминии M970_061160 шарҳ дода шудааст, на ҳамчун протеини рибосомаии eL1427.
ва рибосомаи Microsporidia васеъшавии ES39L rRNA-ро аз даст дод, ки макони пайвастшавии сафедаи рибосомаи eL14-ро қисман нест кард.Дар сурати набудани ES39L, протеини микроспораи eL14 сохтори дуюмдараҷаро аз даст медиҳад, ки дар он собиқ α-спирали rRNA-пайвастшаванда ба ҳалқаи ҳадди ақали дарозӣ таназзул мекунад.b Ҳамоҳангсозии пайдарпайии сершумор нишон медиҳад, ки протеини eL14 дар намудҳои эукариотҳо хеле нигоҳ дошта мешавад (57% шабеҳи пайдарпай байни хамиртуруш ва гомологҳои инсон), аммо дар микроспоридияҳо (дар он на бештар аз 24% боқимондаҳо ба гомологи eL14 яксон нестанд) кам нигоҳ дошта мешаванд ва фарқ мекунанд.аз S. cerevisiae ё H. sapiens).Ин нигоҳдории сусти пайдарпаӣ ва тағирёбии сохтори дуввум мефаҳмонад, ки чаро гомологи eL14 ҳеҷ гоҳ дар E. cuniculi пайдо нашудааст ва чаро ин сафеда дар E. cuniculi гум шудааст.Баръакси ин, E. cuniculi eL14 қаблан ҳамчун сафедаи тахминии M970_061160 шарҳ дода шуда буд.Ин мушоҳида аз он шаҳодат медиҳад, ки гуногунии геномҳои микроспоридия дар ҳоли ҳозир аз ҳад зиёд баҳо дода мешавад: баъзе генҳое, ки дар ҳоли ҳозир дар микроспоридия гум шудаанд, дар асл нигоҳ дошта мешаванд, гарчанде ки дар шаклҳои хеле фарқкунанда нигоҳ дошта мешаванд;Ба ҷои ин, баъзеҳо гумон мекунанд, ки генҳои микроспоридияҳоро барои сафедаҳои махсуси кирмҳо рамзгузорӣ кунанд (масалан, протеини фарзияи M970_061160) воқеан сафедаҳои хеле гуногунеро, ки дар дигар эукариотҳо мавҷуданд, рамзгузорӣ мекунанд.
Ин бозёфт нишон медиҳад, ки денатуратсияи rRNA метавонад ба талафоти назарраси нигоҳдории пайдарпай дар сафедаҳои рибосомаҳои ҳамсоя оварда расонад ва ин сафедаҳо барои ҷустуҷӯҳои гомологиро ғайриимкон гардонад.Ҳамин тариқ, мо метавонем дараҷаи воқеии таназзули молекулаҳоро дар организмҳои хурди геномӣ аз ҳад зиёд баҳо диҳем, зеро баъзе сафедаҳое, ки гум шудаанд, гарчанде ки дар шаклҳои хеле тағйирёфта боқӣ мемонанд.
Чӣ тавр паразитҳо метавонанд вазифаи мошинҳои молекулавии худро дар шароити коҳиши шадиди геном нигоҳ доранд?Таҳқиқоти мо ба ин савол бо тавсифи сохтори мураккаби молекулавии (рибосома) E. cuniculi, организми дорои яке аз хурдтарин геномҳои эукариотӣ ҷавоб медиҳад.
Тақрибан ду даҳсола маълум аст, ки молекулаҳои сафеда ва РНК дар паразитҳои микробҳо аксар вақт аз молекулаҳои гомологии онҳо дар намудҳои озод фарқ мекунанд, зеро онҳо марказҳои назорати сифат надоранд, то 50% андозаи онҳо дар микробҳои озод зиндагӣ мекунанд ва ғайра.бисёр мутатсияҳои заифкунандае, ки қаҳва ва функсияро вайрон мекунанд.Масалан, дар рибосомаҳои организмҳои геномии хурд, аз ҷумла бисёр паразитҳои дохилиҳуҷайравӣ ва эндосимбионтҳо, дар муқоиса бо намудҳои озоди 27, 29, 30, 49 якчанд сафедаҳои рибосомӣ ва то сеяки нуклеотидҳои рРНК намерасанд. Бо вуҷуди ин, тарзи ин молекулаҳо тавассути паразитҳои геномӣ ба таври васеъ фаъолият мекунанд.
Таҳқиқоти мо нишон медиҳад, ки сохтори макромолекулаҳо метавонад паҳлӯҳои зиёди эволютсияро ошкор кунад, ки аз таҳқиқоти анъанавии муқоисавии геномии паразитҳои дохили ҳуҷайра ва дигар организмҳои аз ҷониби мизбон маҳдудшуда истихроҷ кардан душвор аст (расми 7).Масалан, мисоли сафедаи eL14 нишон медиҳад, ки мо метавонем дараҷаи воқеии таназзули дастгоҳи молекулавӣ дар намудҳои паразитҳоро аз ҳад зиёд арзёбӣ кунем.Ҳоло боварӣ доранд, ки паразитҳои энцефалитӣ садҳо генҳои хоси микроспоридия доранд.Бо вуҷуди ин, натиҷаҳои мо нишон медиҳанд, ки баъзе аз ин генҳои ба назар хос воқеан танҳо вариантҳои хеле гуногуни генҳо мебошанд, ки дар дигар эукариотҳо маъмуланд.Ғайр аз он, мисоли протеини msL2 нишон медиҳад, ки чӣ гуна мо сафедаҳои нави рибосомаҳоро нодида мегирем ва мундариҷаи мошинҳои молекулии паразитиро нодида мегирем.Мисоли молекулаҳои хурд нишон медиҳад, ки чӣ тавр мо метавонем навовариҳои аҷибтаринро дар сохторҳои молекулавии паразитӣ, ки метавонанд ба онҳо фаъолияти нави биологӣ бахшанд, сарфи назар кунем.
Якҷоя, ин натиҷаҳо фаҳмиши моро дар бораи фарқиятҳои байни сохторҳои молекулавии организмҳои аз ҷониби мизбон маҳдудшуда ва ҳамтоёни онҳо дар организмҳои озоди зинда беҳтар мекунанд.Мо нишон медиҳем, ки мошинҳои молекулавӣ, ки муддати тӯлонӣ коҳиш ёфтаанд, таназзул мекунанд ва ба мутатсияҳои гуногуни заифкунанда дучор мешаванд, ба ҷои онҳо маҷмӯи хусусиятҳои сохтории ғайриоддии мунтазам нодида гирифта мешаванд.
Аз тарафи дигар, пораҳои рРНК-и ғайриҳаҷм ва пораҳои омехта, ки мо дар рибосомаҳои E. cuniculi ёфтем, аз он шаҳодат медиҳанд, ки коҳиши геном метавонад ҳатто он қисмҳои механизми асосии молекулавиро, ки дар се домени ҳаёт нигоҳ дошта мешаванд - пас аз тақрибан 3,5 миллиард сол тағир диҳад.эволютсияи мустақили намудҳо.
Дар партави таҳқиқоти қаблии молекулаҳои РНК дар бактерияҳои эндосимбиотик порчаҳои рРНК-и рибосомаҳои E. cuniculi, ки дар рибосомаҳо ҷойгир шудаанд, таваҷҷӯҳи хоса доранд.Масалан, дар aphid endosymbiont Buchnera aphidicola, молекулаҳои rRNA ва tRNA дорои сохторҳои ба ҳарорат ҳассос аз сабаби ғаразнокии таркиби A+T ва таносуби баланди ҷуфтҳои асоси ғайриканоникӣ20,50 нишон дода шудаанд.Ин таѓйирот дар РНК, инчунин таѓйироти молекулањои сафедањо, њоло гумон мекунанд, ки барои аз њад зиёд вобастагии эндосимбионтњо аз шарикон ва нотавон будани эндосимбионтњо барои интиќоли гармї масъуланд 21, 23.Гарчанде ки микроспоридияҳои паразитӣ rRNA дорои тағйироти сохторӣ мебошанд, табиати ин тағиротҳо нишон медиҳад, ки паст шудани устувории гармӣ ва вобастагии бештар аз сафедаҳои чаперон метавонад хусусиятҳои умумии молекулаҳои РНК дар организмҳои дорои геномҳои камшуда бошанд.
Аз тарафи дигар, сохторҳои мо нишон медиҳанд, ки микроспоридияҳои паразитӣ қобилияти беназири муқовимат ба rRNA ва порчаҳои сафедаи васеъ ҳифзшударо инкишоф дода, қобилияти истифодаи метаболитҳои хурди фаровон ва дастрасро ҳамчун тақлидҳои сохтории rRNA ва порчаҳои сафедаҳо инкишоф медиҳанд.Деградатсияи сохтори молекулавӣ..Ин ақидаро он далел тасдиқ мекунад, ки молекулаҳои хурде, ки талафоти порчаҳои сафеда дар rRNA ва рибосомаҳои E.cuniculi-ро ҷуброн мекунанд, ба пасмондаҳои хоси микроспоридия дар сафедаҳои uL15 ва eL30 пайваст мешаванд.Ин аз он шаҳодат медиҳад, ки пайвастани молекулаҳои хурд ба рибосомаҳо метавонад маҳсули интихоби мусбӣ бошад, ки дар он мутатсияҳои хоси Microsporidia дар сафедаҳои рибосомаҳо барои қобилияти онҳо барои баланд бардоштани наздикии рибосомаҳо ба молекулаҳои хурд интихоб шудаанд, ки метавонанд ба организмҳои рибосомаҳои муассиртар оварда расонанд.Кашф як навоварии оқилонаро дар сохтори молекулавии паразитҳои микробҳо ошкор мекунад ва ба мо фаҳмиши беҳтаре медиҳад, ки чӣ гуна сохторҳои молекулавии паразитҳо сарфи назар аз эволютсияи редуксивӣ вазифаи худро нигоҳ медоранд.
Дар айни замон, муайян кардани ин молекулаҳои хурд норавшан боқӣ мемонад.Маълум нест, ки чаро намуди ин молекулаҳои хурд дар сохтори рибосомӣ дар байни намудҳои микроспоридияҳо фарқ мекунанд.Аз ҷумла, маълум нест, ки чаро пайвастшавии нуклеотидҳо дар рибосомаҳои E.cuniculi ва P.locustae мушоҳида мешавад, на дар рибосомаҳои V.necatrix, сарфи назар аз мавҷудияти боқимондаи F170 дар сафедаҳои eL20 ва K172-и V.necatrix.Ин ҳазф метавонад аз сабаби боқимондаи 43 uL6 (дар паҳлӯи ҷайби нуклеотидҳо ҷойгир аст), ки тирозин дар V. necatrix аст, на треонин дар E. cuniculi ва P. locustae.Занҷири паҳлӯии хушбӯй аз Tyr43 метавонад ба пайвастшавии нуклеотидҳо аз сабаби такрори стерикӣ халал расонад.Интихобан, несткунии нуклеотидҳои намоён метавонад аз сабаби ҳалли пасти тасвири крио-ЭМ бошад, ки ба моделсозии порчаҳои рибосомаи V. necatrix халал мерасонад.
Аз тарафи дигар, кори мо нишон медиҳад, ки раванди таназзули геном метавонад як қувваи ихтироъкорӣ бошад.Аз ҷумла, сохтори рибосомаи E. cuniculi аз он шаҳодат медиҳад, ки талафоти рРНК ва порчаҳои сафеда дар рибосомаи микроспоридия фишори эволютсиониро ба вуҷуд меорад, ки ба тағирёбии сохтори рибосома мусоидат мекунад.Ин вариантҳо дуртар аз макони фаъоли рибосома ҷойгиранд ва ба нигоҳ доштани (ё барқарор кардани) маҷмӯи оптималии рибосома, ки дар акси ҳол бо коҳиши rRNA халалдор мешаванд, кӯмак мекунанд.Ин аз он шаҳодат медиҳад, ки як навоварии асосии рибосомаи микроспоридия ба эҳтиёҷоти буферии дрейфти генҳо табдил ёфтааст.
Шояд ин бо пайвастагии нуклеотидҳо, ки то ҳол дар дигар организмҳо мушоҳида нашудааст, беҳтарин нишон дода шудааст.Далели он, ки дар микроспоридияҳои маъмулӣ боқимондаҳои нуклеотидҳо мавҷуданд, аммо на дар дигар эукариотҳо, аз он шаҳодат медиҳанд, ки маконҳои ҳатмии нуклеотидҳо на танҳо реликтҳое мебошанд, ки мунтазири нобуд шудан мебошанд ё макони ниҳоии rRNA ба шакли нуклеотидҳои инфиродӣ барқарор карда мешаванд.Ба ҷои ин, ин сайт як хусусияти муфид ба назар мерасад, ки метавонад дар тӯли якчанд даври интихоби мусбӣ инкишоф ёбад.Ҷойҳои пайвастшавии нуклеотидҳо метавонанд маҳсулоти иловагии интихоби табиӣ бошанд: вақте ки ES39L таназзул мекунад, микроспоридияҳо маҷбур мешаванд, ки барои барқарор кардани биогенези оптималии рибосома дар сурати мавҷуд набудани ES39L ҷуброн биҷӯянд.Азбаски ин нуклеотид метавонад алоқаҳои молекулавии нуклеотиди A3186-ро дар ES39L тақлид кунад, молекулаи нуклеотид як блоки сохтмонии рибосома мегардад, ки пайвастагии он бо мутатсияи пайдарпаии eL30 минбаъд беҳтар мешавад.
Вобаста ба эволютсияи молекулавии паразитҳои дохилиҳуҷайравӣ, омӯзиши мо нишон медиҳад, ки қувваҳои интихоби табиии дарвинӣ ва дрейфи генетикии таназзули геномҳо дар як параллел амал намекунанд, балки ларзиш мекунанд.Аввалан, дрейфти генетикӣ хусусиятҳои муҳими биомолекулаҳоро аз байн мебарад ва ҷубронро хеле зарур мекунад.Танҳо вақте ки паразитҳо ин эҳтиёҷотро тавассути интихоби табиии Дарвинӣ қонеъ мекунанд, макромолекулаҳои онҳо имконият пайдо мекунанд, ки хислатҳои таъсирбахштарин ва навоваронаи худро инкишоф диҳанд.Муҳим он аст, ки эволютсияи макромолекулаҳои нуклеотидҳо дар рибосомаи E. cuniculi аз он шаҳодат медиҳад, ки ин шакли талафот ба фоидаи эволютсияи молекулавӣ на танҳо мутатсияҳои зарароварро амортизатсия мекунад, балки баъзан ба макромолекулаҳои паразитӣ вазифаҳои тамоман нав медиҳад.
Ин ақида бо назарияи мувозинати ҳаракаткунандаи Сюэлл Райт мувофиқ аст, ки дар он гуфта мешавад, ки системаи қатъии интихоби табиӣ қобилияти организмҳоро барои навоварӣ маҳдуд мекунад51,52,53.Бо вуҷуди ин, агар дрейфти генетикӣ интихоби табииро халалдор кунад, ин дрейфҳо метавонанд тағиротро ба вуҷуд оранд, ки ба худ мутобиқ нестанд (ё ҳатто зараровар), балки ба тағйироти минбаъда оварда расонанд, ки фитнесси баландтар ё фаъолияти нави биологиро таъмин мекунанд.Чаҳорчӯбаи мо ин ақидаро бо нишон додани он дастгирӣ мекунад, ки ҳамон навъи мутатсия, ки қабат ва функсияи биомолекуларо коҳиш медиҳад, ангезаи асосии такмили он мебошад.Мувофиқи модели эволютсионии бурднок, тадқиқоти мо нишон медиҳад, ки таназзули геном, ки ба таври анъанавӣ ҳамчун як раванди дегенеративӣ баррасӣ мешавад, инчунин як омили асосии навоварӣ мебошад, ки баъзан ва ҳатто аксар вақт ба макромолекулаҳо имкон медиҳад, ки фаъолиятҳои нави паразитӣ ба даст оранд.аз онхо истифода бурда метавонад.