Nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur.Siz foydalanayotgan brauzer versiyasi cheklangan CSS-ni qo'llab-quvvatlaydi.Eng yaxshi tajriba uchun yangilangan brauzerdan foydalanishni tavsiya qilamiz (yoki Internet Explorer-da Moslik rejimini o'chirib qo'ying).Shu bilan birga, doimiy qo'llab-quvvatlashni ta'minlash uchun biz saytni uslublarsiz va JavaScript-ni ishlatmasdan taqdim etamiz.
Mikrob parazitlarining evolyutsiyasi parazitlarning yaxshilanishiga olib keladigan tabiiy tanlanish va parazitlarning genlarini yo'qotib, zararli mutatsiyalarni to'plashiga olib keladigan genetik drift o'rtasidagi qarama-qarshilikni o'z ichiga oladi.Bu erda, bu qarama-qarshilik bitta makromolekulaning miqyosida qanday sodir bo'lishini tushunish uchun biz tabiatdagi eng kichik genomlardan biriga ega bo'lgan eukaryotik organizm Encephalitozoon cuniculi ribosomasining kriyo-EM tuzilishini tasvirlaymiz.E. cuniculi ribosomalarida rRNKning keskin kamayishi misli koʻrilmagan strukturaviy oʻzgarishlar bilan birga kechadi, masalan, ilgari nomaʼlum boʻlgan birlashgan rRNK bogʻlovchilari va boʻrtiqsiz rRNK evolyutsiyasi.Bundan tashqari, E. cuniculi ribosomasi parchalangan rRNK fragmentlari va oqsillarning strukturaviy taqlidlari sifatida kichik molekulalardan foydalanish qobiliyatini rivojlantirish orqali rRNK bo'laklari va oqsillarni yo'qotishdan omon qoldi.Umuman olganda, biz uzoq vaqtdan beri qisqargan, degeneratsiyalangan va zaiflashtiruvchi mutatsiyalarga duchor bo'lgan molekulyar tuzilmalar ekstremal molekulyar qisqarishlarga qaramay, ularni faol ushlab turadigan bir qator kompensatsion mexanizmlarga ega ekanligini ko'rsatamiz.
Mikrobial parazitlarning aksariyat guruhlari o'z xostlarini ekspluatatsiya qilish uchun noyob molekulyar vositalarga ega bo'lganligi sababli, biz ko'pincha parazitlarning turli guruhlari uchun turli xil terapevtiklarni ishlab chiqishga majburmiz1,2.Biroq, yangi dalillar parazit evolyutsiyasining ba'zi jihatlari konvergent va asosan prognoz qilinadigan ekanligini ko'rsatadi, bu mikrobial parazitlarga keng terapevtik aralashuvlar uchun potentsial asosni ko'rsatadi3,4,5,6,7,8,9.
Oldingi ishlar mikrob parazitlarida genomning qisqarishi yoki genomning yemirilishi deb ataladigan umumiy evolyutsion tendentsiyani aniqladi10,11,12,13.Hozirgi tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, mikroorganizmlar erkin hayot tarzidan voz kechib, hujayra ichidagi parazitlarga (yoki endosimbionlarga) aylanganda, ularning genomlari millionlab yillar davomida sekin, ammo hayratlanarli metamorfozalarga uchraydi9,11.Genom yemirilishi deb nomlanuvchi jarayonda mikrob parazitlari zararli mutatsiyalarni to‘playdi, bu esa ko‘plab ilgari muhim genlarni psevdogenlarga aylantiradi, bu esa asta-sekin genlarning yo‘qolishiga va mutatsion kollapsga olib keladi14,15.Ushbu qulash yaqindan bog'liq bo'lgan erkin yashovchi turlarga nisbatan eng qadimgi hujayra ichidagi organizmlardagi genlarning 95% gacha yo'q qilishi mumkin.Shunday qilib, hujayra ichidagi parazitlarning evolyutsiyasi ikki qarama-qarshi kuch o'rtasidagi tortishuvdir: parazitlarning yaxshilanishiga olib keladigan Darvin tabiiy tanlovi va parazitlarni unutishga olib keladigan genomning qulashi.Qanday qilib parazit bu tortishuvdan chiqib, molekulyar tuzilishi faolligini saqlab qolgani noma'lumligicha qolmoqda.
Genom parchalanish mexanizmi to'liq tushunilmagan bo'lsa-da, u asosan tez-tez genetik drift tufayli yuzaga keladi.Parazitlar kichik, jinssiz va genetik jihatdan cheklangan populyatsiyalarda yashagani uchun, ba'zida DNK replikatsiyasi paytida yuzaga keladigan zararli mutatsiyalarni samarali ravishda bartaraf eta olmaydi.Bu zararli mutatsiyalarning qaytarilmas to'planishiga va parazit genomining kamayishiga olib keladi.Natijada, parazit nafaqat hujayra ichidagi muhitda yashashi uchun zarur bo'lmagan genlarni yo'qotadi.Parazit populyatsiyalarining sporadik zararli mutatsiyalarni samarali ravishda bartaraf eta olmasligi, bu mutatsiyalarning butun genomda, shu jumladan ularning eng muhim genlarida to'planishiga olib keladi.
Genomning qisqarishi haqidagi hozirgi tushunchamizning aksariyati faqat genom ketma-ketligini taqqoslashga asoslangan bo'lib, uy xo'jaligi funktsiyalarini bajaradigan va dori vositalarining potentsial maqsadlari sifatida xizmat qiladigan haqiqiy molekulalardagi o'zgarishlarga kamroq e'tibor beradi.Qiyosiy tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, zararli hujayra ichidagi mikrobial mutatsiyalar yuki oqsillar va nuklein kislotalarni noto'g'ri qatlamlash va agregatsiyalashga moyil bo'lib, ularni chaperonga ko'proq bog'liq va issiqlikka yuqori sezgir qiladi19,20,21,22,23.Bundan tashqari, turli parazitlar - ba'zan 2,5 milliard yilga ajratilgan mustaqil evolyutsiya - oqsil sintezi5,6 va DNKni tiklash mexanizmlarida sifat nazorati markazlarining xuddi shunday yo'qolishini boshdan kechirgan.Biroq, hujayra ichidagi turmush tarzining hujayra makromolekulyarlarining barcha boshqa xususiyatlariga ta'siri, shu jumladan zararli mutatsiyalarning ortib borayotgan yukiga molekulyar moslashuvi haqida juda kam narsa ma'lum.
Ushbu ishda hujayra ichidagi mikroorganizmlarning oqsillari va nuklein kislotalari evolyutsiyasini yaxshiroq tushunish uchun hujayra ichidagi parazit Encephalitozoon cuniculi ribosomalarining tuzilishini aniqladik.E. cuniculi gʻayrioddiy kichik eukaryotik genomlarga ega boʻlgan parazitar mikrosporidiyalar guruhiga mansub qoʻziqoringa oʻxshash organizm boʻlib, shuning uchun genom yemirilishini oʻrganishda namunali organizmlar sifatida foydalaniladi25,26,27,28,29,30.Yaqinda kriyo-EM ribosoma tuzilishi Microsporidia, Paranosema locustae va Vairimorpha necatrix31,32 (~ 3,2 Mb genom) ning o'rtacha qisqartirilgan genomlari uchun aniqlandi.Ushbu tuzilmalar rRNK kuchaytirilishining bir oz yo'qolishi qo'shni ribosoma oqsillari o'rtasida yangi kontaktlarning rivojlanishi yoki yangi msL131,32 ribosoma oqsillarini olish bilan qoplanishini ko'rsatadi.Ensefalitozoon turlari (genom ~2,5 million bp) eng yaqin qarindoshi Ordospora bilan bir qatorda eukariotlarda genomning qisqarishining yakuniy darajasini ko'rsatadi - ular 2000 dan kam protein kodlovchi genlarga ega va ularning ribosomalari nafaqat rRNK kengayishiga olib keladigan rRNK fraktsiyalaridan mahrum bo'lishi kutilmoqda. l ribosomalar) E. cuniculi genomida gomologlar yoʻqligi sababli toʻrtta ribosoma oqsili ham mavjud26,27,28.Shuning uchun biz E. cuniculi ribosomasi genom parchalanishiga molekulyar moslashuvning ilgari noma'lum strategiyalarini ochib berishi mumkin degan xulosaga keldik.
Bizning krio-EM strukturamiz tavsiflanishi kerak bo'lgan eng kichik eukaryotik sitoplazmatik ribosomani ifodalaydi va genomning qisqarishining yakuniy darajasi hujayra uchun ajralmas bo'lgan molekulyar mexanizmning tuzilishi, yig'ilishi va evolyutsiyasiga qanday ta'sir qilishini tushunish imkonini beradi.Biz E. cuniculi ribosomasi RNKning katlanmasi va ribosoma yig‘ilishining keng saqlanib qolgan ko‘plab tamoyillarini buzishini aniqladik va yangi, ilgari noma’lum bo‘lgan ribosoma oqsilini topdik.Kutilmaganda, biz mikrosporidiya ribosomalari kichik molekulalarni bog'lash qobiliyatiga ega ekanligini ko'rsatamiz va rRNK va oqsillardagi qisqarishlar oxir-oqibat ribosomaga foydali fazilatlarni berishi mumkin bo'lgan evolyutsion innovatsiyalarni qo'zg'atadi, deb faraz qilamiz.
Hujayra ichidagi organizmlarda oqsillar va nuklein kislotalarning evolyutsiyasi haqidagi tushunchamizni yaxshilash uchun biz ribosomalarini tozalash va bu ribosomalarning tuzilishini aniqlash uchun infektsiyalangan sut emizuvchilar hujayralari kulturalaridan E. cuniculi sporalarini ajratib olishga qaror qildik.Ko'p miqdorda parazitar mikrosporidiyalarni olish qiyin, chunki mikrosporidiyalarni ozuqaviy muhitda etishtirish mumkin emas.Buning o'rniga ular faqat xost hujayra ichida o'sadi va ko'payadi.Shuning uchun, ribosomalarni tozalash uchun E. cuniculi biomassasini olish uchun biz sutemizuvchilarning buyrak hujayralarining RK13 chizig'ini E. cuniculi sporalari bilan yuqtirdik va E. cuniculi o'sishi va ko'payishi uchun bir necha hafta davomida ushbu infektsiyalangan hujayralarni o'stirdik.Taxminan yarim kvadrat metrlik infektsiyalangan hujayra monoqatlamidan foydalanib, biz taxminan 300 mg Microsporidia sporalarini tozalashga muvaffaq bo'ldik va ularni ribosomalarni ajratish uchun ishlatdik.Keyin tozalangan sporalarni shisha boncuklar bilan buzdik va lizatlarning bosqichma-bosqich polietilen glikol fraksiyasi yordamida xom ribosomalarni ajratib oldik.Bu strukturani tahlil qilish uchun taxminan 300 mkg xom E. cuniculi ribosomalarini olish imkonini berdi.
Keyin olingan ribosoma namunalari yordamida kriyo-EM tasvirlarini to'pladik va bu tasvirlarni katta ribosoma bo'linmasiga, kichik bo'linma boshiga va kichik bo'linmaga mos keladigan niqoblar yordamida qayta ishladik.Ushbu jarayon davomida biz 108 000 ga yaqin ribosoma zarralarining tasvirlarini to'pladik va 2,7 Å o'lchamdagi kriyo-EM tasvirlarini hisobladik (qo'shimcha rasmlar 1-3).Keyin biz rRNK, ribosoma oqsili va E. cuniculi ribosomalari bilan bog'liq uyqu faktor Mdf1 ni modellashtirish uchun kriyoEM tasvirlaridan foydalandik (1a, b-rasm).
a E. cuniculi ribosomasining Mdf1 kutish omili bilan kompleks tuzilishi (pdb id 7QEP).b E. cuniculi ribosomasi bilan bog'liq Mdf1 kutish omilining xaritasi.c Microsporidian turlarida tiklangan rRNKni ma'lum ribosoma tuzilmalari bilan taqqoslaydigan ikkilamchi struktura xaritasi.Panellar kuchaytirilgan rRNK fragmentlari (ES) va ribosoma faol joylari, jumladan, dekodlash joyi (DC), sartinisin halqasi (SRL) va peptidil transferaza markazi (PTC) joylashishini ko'rsatadi.d E. cuniculi ribosomasining peptidil transferaza markaziga mos keladigan elektron zichligi, bu katalitik joy E. cuniculi paraziti va uning xostlari, jumladan H. sapiensda bir xil tuzilishga ega ekanligini ko'rsatadi.e, f dekodlash markazining tegishli elektron zichligi (e) va dekodlash markazining sxematik tuzilishi (f) E. cuniculi ko'plab boshqa eukaryotlarda A1491 (E. coli raqamlash) o'rniga U1491 qoldiqlariga ega ekanligini ko'rsatadi.Bu o'zgarish shuni ko'rsatadiki, E. cuniculi ushbu faol saytga qaratilgan antibiotiklarga sezgir bo'lishi mumkin.
V. necatrix va P. locustae ribosomalarining ilgari tashkil etilgan tuzilmalaridan farqli oʻlaroq (har ikki tuzilma ham bir xil mikrosporidiyalar oilasi Nosematidaeni ifodalaydi va bir-biriga juda oʻxshash), 31,32 E. cuniculi ribosomalari koʻp sonli rRNK va oqsil parchalanish jarayonlarini boshdan kechiradi.Keyingi denatürasyon (Qo'shimcha rasmlar 4-6).rRNKda eng yorqin o'zgarishlar ES12L kuchaytirilgan 25S rRNK fragmentining to'liq yo'qolishi va h39, h41 va H18 spirallarining qisman degeneratsiyasini o'z ichiga oladi (1c-rasm, qo'shimcha 4-rasm).Ribosomal oqsillar orasida eng yorqin o'zgarishlar eS30 oqsilining to'liq yo'qolishi va eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17 va eS7 oqsillarining qisqarishini o'z ichiga oladi (Qo'shimcha rasmlar 4, 5).
Shunday qilib, Ensefalotozoon/Ordospora turlarining genomlarining haddan tashqari qisqarishi ularning ribosoma tuzilishida namoyon bo'ladi: E. cuniculi ribosomalari strukturaviy xarakteristikaga bog'liq bo'lgan eukariotik sitoplazmatik ribosomalarda oqsil tarkibining eng keskin yo'qolishini boshdan kechiradi va ularda hatto keng rRNK va e-konservativ qismlarga ega bo'lmagan proteinlar ham mavjud emas. hayot sohalari.E. cuniculi ribosomasining tuzilishi ushbu oʻzgarishlarning birinchi molekulyar modelini taqdim etadi va qiyosiy genomika va hujayra ichidagi biomolekulyar tuzilmani oʻrganishda eʼtibordan chetda qolgan evolyutsion hodisalarni ochib beradi (7-rasm).Quyida biz ushbu hodisalarning har birini ularning evolyutsion kelib chiqishi va ribosoma funktsiyasiga potentsial ta'siri bilan tavsiflaymiz.
Keyin biz E. cuniculi ribosomalarining katta rRNK qisqarishlaridan tashqari, faol joylaridan birida rRNK oʻzgarishlari borligini aniqladik.E. cuniculi ribosomasining peptidil transferaza markazi boshqa eukaryotik ribosomalar bilan bir xil tuzilishga ega bo'lsa-da (1d-rasm), dekodlash markazi nukleotid 1491da ketma-ketlik o'zgarishi tufayli farqlanadi (E. coli raqamlash, 1e, f-rasm).Bu kuzatish juda muhim, chunki eukaryotik ribosomalarning dekodlash joyi odatda bakterial turdagi A1408 va G1491 qoldiqlariga nisbatan G1408 va A1491 qoldiqlarini o'z ichiga oladi.Ushbu o'zgarish bakterial va eukaryotik ribosomalarning ribosoma antibiotiklarining aminoglikozidlar oilasiga va dekodlash joyiga qaratilgan boshqa kichik molekulalarga nisbatan har xil sezgirligi asosida yotadi.E. cuniculi ribosomasining dekodlash joyida A1491 qoldig'i U1491 bilan almashtirildi va bu faol saytga qaratilgan kichik molekulalar uchun noyob bog'lanish interfeysini yaratishi mumkin.Xuddi shu A14901 varianti P. locustae va V. necatrix kabi boshqa mikrosporidiyalarda ham mavjud bo'lib, u mikrosporidiya turlari orasida keng tarqalganligini ko'rsatadi (1f-rasm).
Bizning E. cuniculi ribosoma namunalarimiz metabolik faol bo'lmagan sporalardan ajratilganligi sababli, stress yoki ochlik sharoitida ilgari tasvirlangan ribosoma bog'lanishi uchun E. cuniculi ning kriyo-EM xaritasini sinab ko'rdik.Kutish omillari 31,32,36,37, 38. Biz uxlab yotgan ribosomaning avval o'rnatilgan tuzilishini E. cuniculi ribosomasining kriyo-EM xaritasi bilan moslashtirdik.Docking uchun S. cerevisiae ribosomalari uyqu faktori Stm138, chigirtka ribosomalari Lso232, V. necatrix ribosomalari Mdf1 va Mdf231 omillari bilan kompleksda ishlatilgan.Shu bilan birga, biz Mdf1 dam olish faktoriga mos keladigan kriyo-EM zichligini topdik.Mdf1 ning V. necatrix ribosomasi bilan bog'lanishiga o'xshab, Mdf1 ham E. cuniculi ribosomasiga bog'lanadi, u erda ribosomaning E joyini to'sib qo'yadi, ehtimol, parazit sporalari tana inaktivatsiyasi natijasida metabolik faol bo'lmaganda ribosomalarning mavjud bo'lishiga yordam beradi (2-rasm).).
Mdf1 ribosomaning E joyini bloklaydi, bu parazit sporalari metabolik faol bo'lmaganda ribosomani faolsizlantirishga yordam beradi.E. cuniculi ribosomasining tuzilishida Mdf1 ribosomaning L1 ribosoma poyasi bilan avval noma’lum bo‘lgan kontakt hosil qilishini aniqladik, u oqsil sintezi jarayonida ribosomadan deatsillangan tRNKni chiqarishni osonlashtiradi.Ushbu kontaktlar Mdf1 ribosomadan deatsetillangan tRNK bilan bir xil mexanizm yordamida ajralib chiqishini ko'rsatadi, bu protein sintezini qayta faollashtirish uchun ribosoma Mdf1ni qanday olib tashlashi mumkin bo'lgan tushuntirishni beradi.
Biroq, bizning strukturamiz Mdf1 va L1 ribosoma oyog'i (oqsil sintezi paytida ribosomadan deatsillangan tRNKni chiqarishga yordam beradigan ribosoma qismi) o'rtasida noma'lum kontaktni aniqladi.Xususan, Mdf1 deatsillangan tRNK molekulasining tirsak segmenti bilan bir xil kontaktlardan foydalanadi (2-rasm).Ilgari noma'lum bo'lgan ushbu molekulyar modellashtirish Mdf1 ribosomadan deatsetillangan tRNK bilan bir xil mexanizm yordamida ajralib chiqishini ko'rsatdi, bu ribosoma oqsil sintezini qayta faollashtirish uchun ushbu kutish omilini qanday olib tashlashini tushuntiradi.
rRNK modelini qurishda biz E. cuniculi ribosomasida g'ayritabiiy tarzda buklangan rRNK bo'laklari mavjudligini aniqladik, biz ularni birlashtirilgan rRNK deb ataymiz (3-rasm).Hayotning uchta sohasini qamrab oluvchi ribosomalarda rRNK ko'pchilik rRNK asoslari yoki asoslar juftligi va bir-biri bilan katlanmasi yoki ribosoma oqsillari bilan o'zaro ta'sir qiluvchi tuzilmalarga aylanadi38,39,40.Biroq, E. cuniculi ribosomalarida rRNKlar bu buklanish tamoyilini buzganga o'xshaydi, ularning bir qismi spirallarini ochilgan rRNK hududlariga aylantiradi.
S. cerevisiae, V. necatrix va E. cuniculidagi H18 25S rRNK spiralining tuzilishi.Odatda, uchta hayot sohasini qamrab olgan ribosomalarda bu bog'lovchi 24 dan 34 gacha qoldiqni o'z ichiga olgan RNK spiraliga aylanadi.Microsporidia-da, aksincha, bu rRNK bog'lovchisi asta-sekin faqat 12 ta qoldiqni o'z ichiga olgan ikkita bitta zanjirli uridinga boy bog'lovchiga kamayadi.Ushbu qoldiqlarning aksariyati erituvchilarga ta'sir qiladi.Rasmdan ko'rinib turibdiki, parazitar mikrosporidiyalar rRNK katlamining umumiy tamoyillarini buzgan ko'rinadi, bu erda rRNK asoslari odatda boshqa asoslar bilan bog'lanadi yoki rRNK-oqsil o'zaro ta'sirida ishtirok etadi.Mikrosporidiyalarda ba'zi rRNK bo'laklari noqulay burmani oladi, bunda oldingi rRNK spiral deyarli to'g'ri chiziq bo'ylab cho'zilgan bir ipli bo'lakka aylanadi.Ushbu noodatiy hududlarning mavjudligi mikrosporidiya rRNK ga minimal miqdordagi RNK asoslari yordamida uzoq rRNK fragmentlarini bog'lash imkonini beradi.
Ushbu evolyutsion o'tishning eng yorqin misolini H18 25S rRNK spiralida kuzatish mumkin (3-rasm).E. coli dan odamgacha boʻlgan turlarda bu rRNK spiralining asoslarida 24-32 ta nukleotid boʻlib, bir oz tartibsiz spiral hosil qiladi.V. necatrix va P. locustae 31,32 dan ilgari aniqlangan ribosoma tuzilmalarida H18 spiral asoslari qisman ochilgan, ammo nukleotid asos juftligi saqlanib qolgan.Biroq, E. cuniculi da bu rRNK fragmenti eng qisqa bog'lovchilarga aylanadi 228UUUGU232 va 301UUUUUUUUU307.Oddiy rRNK fragmentlaridan farqli o'laroq, uridinga boy bo'lgan bu bog'lovchilar ribosoma oqsillari bilan bog'lanmaydi yoki keng aloqa qilmaydi.Buning o'rniga, ular hal qiluvchi bilan ochiq va to'liq ochilgan tuzilmalarni qabul qiladilar, ularda rRNK iplari deyarli tekis cho'ziladi.Ushbu cho'zilgan konformatsiya E. cuniculi H16 va H18 rRNK spirallari orasidagi 33 Å bo'shliqni to'ldirish uchun atigi 12 ta RNK asosini qanday ishlatishini tushuntiradi, boshqa turlar esa bo'shliqni to'ldirish uchun kamida ikki baravar ko'p rRNK asoslarini talab qiladi.
Shunday qilib, biz ko'rsatishimiz mumkinki, energetik jihatdan noqulay katlamalar orqali parazitar mikrosporidiyalar hayotning uchta sohasida turlar bo'ylab keng saqlanib qolgan rRNK segmentlarini ham qisqartirish strategiyasini ishlab chiqdilar.Ko'rinishidan, rRNK spirallarini qisqa poli-U bog'lovchilariga aylantiruvchi mutatsiyalarni to'plash orqali E. cuniculi distal rRNK bo'laklarini bog'lash uchun imkon qadar kamroq nukleotidlarni o'z ichiga olgan noodatiy rRNK fragmentlarini hosil qilishi mumkin.Bu mikrosporidiya qanday qilib ularning asosiy molekulyar tuzilishini sezilarli darajada pasayishiga ularning tarkibiy va funktsional yaxlitligini yo'qotmaganligini tushuntirishga yordam beradi.
E. cuniculi rRNKning yana bir noodatiy xususiyati rRNKning qalinlashuvsiz koʻrinishidir (4-rasm).Bo'rtiqlar - bu RNK spiralida yashirinish o'rniga buralib chiqadigan asos juftlari bo'lmagan nukleotidlar.Aksariyat rRNK protrusionlari molekulyar yopishtiruvchi vazifasini bajaradi va qo'shni ribosoma oqsillarini yoki boshqa rRNK bo'laklarini bog'lashga yordam beradi.Ba'zi bo'rtiqlar ilgak rolini o'ynaydi, bu esa rRNK spiralini samarali oqsil sintezi uchun optimal tarzda bukish va buklanish imkonini beradi 41 .
a rRNK chiqishi (S. cerevisiae raqamlash) E. cuniculi ribosoma tuzilishida yoʻq, lekin koʻpchilik boshqa eukariotlarda b E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens va E. cuniculi ichki ribosomalarida mavjud.parazitlarda juda ko'p qadimiy, yuqori darajada saqlanib qolgan rRNK bo'rtiqlari yo'q.Bu qalinlashuvlar ribosoma tuzilishini barqarorlashtiradi;shuning uchun ularning mikrosporidiyalarda yo'qligi mikrosporidiya parazitlarida rRNK katlamining barqarorligi pasayganligini ko'rsatadi.P novdalari (bakteriyalardagi L7/L12 poyalari) bilan solishtirish shuni ko'rsatadiki, rRNK bo'rtmalarining yo'qolishi ba'zan yo'qolgan bo'rtmalar yonida yangi bo'shliqlar paydo bo'lishiga to'g'ri keladi.23S/28S rRNKdagi H42 spiralining qadimiy boʻrtib chiqishi bor (Saccharomyces cerevisiae da U1206) hayotning uchta sohasida himoyalanganligi sababli kamida 3,5 milliard yoshga toʻgʻri keladi.Mikrosporidiyalarda bu bo'rtiq yo'q qilinadi.Biroq, yo'qolgan bo'rtiq yonida yangi bo'rtiq paydo bo'ldi (E. cuniculi-da A1306).
Ajablanarlisi shundaki, biz E. cuniculi ribosomalarida boshqa turlarda uchraydigan rRNK bo‘rtiqlarining ko‘pchiligi, shu jumladan, boshqa eukariotlarda saqlanib qolgan 30 dan ortiq bo‘rtiqchalar yo‘qligini aniqladik (4a-rasm).Bu yo'qotish ribosoma bo'linmalari va qo'shni rRNK spirallari o'rtasidagi ko'plab kontaktlarni yo'q qiladi, ba'zida ribosoma ichida katta bo'shliqlar hosil qiladi, bu esa E. cuniculi ribosomasini an'anaviy ribosomalarga nisbatan ko'proq g'ovak holga keltiradi (4b-rasm).Shunisi e'tiborga loyiqki, biz bu bo'rtiqlarning ko'pchiligi ilgari aniqlangan V. necatrix va P. locustae ribosoma tuzilmalarida ham yo'qolganligini aniqladik, ular oldingi strukturaviy tahlillar tomonidan e'tibordan chetda qoldi31,32.
Ba'zan rRNK bo'rtiqlarining yo'qolishi yo'qolgan bo'rtiq yonida yangi bo'rtiqlarning rivojlanishi bilan birga keladi.Masalan, ribosoma P-poyasida E. tayoqchasidan odamlargacha saqlanib qolgan U1208 boʻrtiqchasi (Saccharomyces cerevisiae) mavjud va shuning uchun uning yoshi 3,5 mlrd.Protein sintezi jarayonida bu bo'rtiq P poyasining ochiq va yopiq konformatsiyalar o'rtasida harakatlanishiga yordam beradi, shunda ribosoma translatsiya omillarini jalb qilishi va ularni faol joyga etkazib berishi mumkin.E. cuniculi ribosomalarida bu qalinlashuv kuzatilmaydi;ammo, faqat uchta tayanch juftlikda joylashgan yangi qalinlashuv (G883) P poyasining optimal moslashuvchanligini tiklashga hissa qo'shishi mumkin (4c-rasm).
Bizning bo'rtiqsiz rRNK haqidagi ma'lumotlarimiz shuni ko'rsatadiki, rRNK minimallashuvi ribosoma yuzasida rRNK elementlarini yo'qotish bilan cheklanib qolmaydi, balki ribosoma yadrosini ham o'z ichiga olishi mumkin, bu erkin yashovchi hujayralarda tasvirlanmagan parazitga xos molekulyar nuqsonni yaratadi.tirik turlari kuzatiladi.
Kanonik ribosoma oqsillari va rRNKni modellashtirgandan so'ng, an'anaviy ribosoma komponentlari kriyo-EM tasvirining uch qismini tushuntira olmasligini aniqladik.Ushbu fragmentlarning ikkitasi kichik molekulalardir (5-rasm, qo'shimcha 8-rasm).Birinchi segment uL15 va eL18 ribosoma oqsillari o'rtasida, odatda, E. cuniculi da qisqartirilgan eL18 ning C-terminali egallagan holatda joylashgan.Garchi biz ushbu molekulaning kimligini aniqlay olmasak-da, bu zichlik orolining o'lchami va shakli spermidin molekulalarining mavjudligi bilan yaxshi izohlanadi.Uning ribosoma bilan bog'lanishi uL15 oqsillaridagi (Asp51 va Arg56) mikrosporidiyaga xos mutatsiyalar bilan barqarorlashadi, bu esa ribosomaning ushbu kichik molekulaga yaqinligini oshiradi, chunki ular uL15 kichik molekulani ribosoma tuzilishiga o'rashga imkon beradi.Qo'shimcha rasm 2).8, qo'shimcha ma'lumotlar 1, 2).
E. cuniculi ribosomasiga bog'langan ribozadan tashqarida nukleotidlar mavjudligini ko'rsatadigan kriyo-EM ko'rish.E. cuniculi ribosomasida bu nukleotid boshqa koʻpchilik eukaryotik ribosomalarda 25S rRNK A3186 nukleotid (Saccharomyces cerevisiae raqamlash) bilan bir xil oʻrinni egallaydi.b E. cuniculi ning ribosoma tuzilishida bu nukleotid uL9 va eL20 ribosoma oqsillari orasida joylashgan bo‘lib, shu bilan ikki oqsil o‘rtasidagi aloqani barqarorlashtiradi.mikrosporidiya turlari orasida cd eL20 ketma-ketligini saqlash tahlili.Microsporidia turlarining filogenetik daraxti (c) va eL20 oqsilining (d) ko'p ketma-ketligi ko'rsatadiki, nukleotidlarni bog'lovchi qoldiqlar F170 va K172 ko'pchilik tipik mikrosporidiyalarda saqlanadi, S. lophii bundan mustasno, erta tarvaqaylab ketgan Microsporidia bundan mustasno, ular kengaygan mikrosporidiya NAR ni saqlab qoladi.e Bu rasm shuni ko'rsatadiki, nukleotidlarni bog'laydigan F170 va K172 qoldiqlari faqat yuqori darajada qisqartirilgan mikrosporidiya genomining eL20 da mavjud, ammo boshqa eukariotlarda mavjud emas.Umuman olganda, bu ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, Microsporidian ribosomalari AMP molekulalarini bog'laydigan va ularni ribosoma tuzilishidagi oqsil-oqsil o'zaro ta'sirini barqarorlashtirish uchun ishlatadigan nukleotidlarni bog'lash joyini ishlab chiqdi.Microsporidia-da bu bog'lanish joyining yuqori darajada saqlanishi va boshqa eukaryotlarda yo'qligi bu sayt Microsporidia uchun tanlab omon qolish ustunligini ta'minlashi mumkinligini ko'rsatadi.Shunday qilib, mikrosporidiya ribosomasidagi nukleotidlarni bog‘lovchi cho‘ntak avval ta’riflanganidek, rRNK degradatsiyasining degenerativ xususiyati yoki so‘nggi shakli emas, balki mikrosporidiya ribosomasiga kichik molekulalarni bevosita bog‘lash, ulardan molekulyar qurilish bloklari sifatida foydalanish imkonini beruvchi foydali evolyutsion innovatsiya bo‘lib ko‘rinadi.ribosomalar uchun qurilish bloklari.Ushbu kashfiyot mikrosporidiya ribosomasini yagona nukleotidni strukturaviy qurilish bloki sifatida ishlatadigan yagona ribosomaga aylantiradi.f Nukleotidlar bog'lanishidan kelib chiqqan faraziy evolyutsiya yo'li.
Ikkinchi past molekulyar zichlik ribosoma oqsillari uL9 va eL30 orasidagi interfeysda joylashgan (5a-rasm).Bu interfeys avval Saccharomyces cerevisiae ribosomasining tuzilishida rRNK A3186 ning 25S nukleotidini (ES39L rRNK kengaytmasining bir qismi) bog‘lovchi joy sifatida tasvirlangan38.Degeneratsiyalangan P. locustae ES39L ribosomalarida bu interfeys nomaʼlum yagona nukleotid 31ni bogʻlashi koʻrsatilgan va bu nukleotid rRNKning qisqargan yakuniy shakli boʻlib, unda rRNK uzunligi ~130-230 asosga teng deb taxmin qilinadi.ES39L bitta nukleotidga kamayadi 32.43.Bizning kriyo-EM tasvirlarimiz zichlikni nukleotidlar bilan izohlash mumkin degan fikrni qo'llab-quvvatlaydi.Biroq, bizning strukturamizning yuqori aniqligi bu nukleotidning ekstraribosoma molekulasi, ehtimol AMP ekanligini ko'rsatdi (5a, b-rasm).
Keyin biz nukleotidlarni bog'lash joyi E. cuniculi ribosomasida paydo bo'ladimi yoki u ilgari mavjudmi, deb so'radik.Nukleotidlarni bog'lash asosan eL30 ribosoma oqsilidagi Phe170 va Lys172 qoldiqlari orqali amalga oshirilganligi sababli, biz 4396 ta vakil eukaryotlarda bu qoldiqlarning saqlanishini baholadik.Yuqoridagi uL15 misolida bo'lgani kabi, biz Phe170 va Lys172 qoldiqlari faqat tipik Microsporidialarda yuqori darajada saqlanib qolganligini, ammo boshqa eukaryotlarda, jumladan atipik Microsporidia Mitosporidium va Amphiamblysda yo'qligini aniqladik, ularda ES39L rRNK fragmenti kamaymaydi (6445,45).-e).
Birgalikda bu ma'lumotlar E. cuniculi va, ehtimol, boshqa kanonik mikrosporidiyalar rRNK va oqsil darajasining pasayishini qoplash uchun ribosoma strukturasidagi ko'p miqdordagi kichik metabolitlarni samarali qo'lga kiritish qobiliyatini rivojlantirgan degan fikrni qo'llab-quvvatlaydi.Bunda ular nukleotidlarni ribosomadan tashqarida bog‘lashning noyob qobiliyatini ishlab chiqdilar, bu parazitar molekulyar tuzilmalar ko‘p miqdorda mayda metabolitlarni ushlash va ularni degradatsiyaga uchragan RNK va oqsil bo‘laklarining strukturaviy taqlid qilish orqali kompensatsiya qilishini ko‘rsatdi..
Katta ribosoma bo'linmasida topilgan krio-EM xaritamizning uchinchi simulyatsiya qilinmagan qismi.Bizning xaritamizning nisbatan yuqori ruxsati (2,6 Å) bu zichlik katta yon zanjir qoldiqlarining noyob birikmalariga ega bo'lgan oqsillarga tegishli ekanligini ko'rsatadi, bu bizga bu zichlikni biz aniqlagan msL2 (Mikrosporidiyaga xos protein L2) deb nomlagan ilgari noma'lum bo'lgan ribosoma oqsili sifatida aniqlash imkonini berdi (usullar, rasm 6).Bizning homologik qidiruvimiz shuni ko'rsatdiki, msL2 Encephaliter va Orosporidium jinslarining Microsporidia guruhida saqlanib qolgan, ammo boshqa turlarda, shu jumladan boshqa Microsporidialarda yo'q.Ribosomal strukturada msL2 kengaytirilgan ES31L rRNKni yo'qotish natijasida hosil bo'lgan bo'shliqni egallaydi.Ushbu bo'shliqda msL2 rRNK katlamini barqarorlashtirishga yordam beradi va ES31L yo'qolishini qoplashi mumkin (6-rasm).
a Elektron zichligi va E. cuniculi ribosomalarida topilgan Microsporidia-ga xos ribosoma oqsili msL2 modeli.b Ko'pchilik eukaryotik ribosomalar, shu jumladan Saccharomyces cerevisiae ning 80S ribosomasi, ko'pchilik Microsporidian turlarida ES19L rRNK kuchaytirilishini yo'qotadi.V. necatrix microsporidia ribosomasining ilgari tashkil etilgan tuzilishi ushbu parazitlarda ES19L ning yo'qolishi yangi msL1 ribosoma oqsilining evolyutsiyasi bilan qoplanishini ko'rsatadi.Ushbu tadqiqotda biz E. cuniculi ribosomasi ES19L yo'qolishi uchun aniq kompensatsiya sifatida qo'shimcha ribosoma RNK mimik oqsilini ham ishlab chiqqanligini aniqladik.Biroq, msL2 (hozirda gipotetik ECU06_1135 oqsili sifatida izohlangan) va msL1 turli strukturaviy va evolyutsion kelib chiqishiga ega.c Evolyutsion jihatdan bir-biriga bog'liq bo'lmagan msL1 va msL2 ribosoma oqsillari avlodining bu kashfiyoti shuni ko'rsatadiki, agar ribosomalar o'zlarining rRNKlarida zararli mutatsiyalarni to'plasalar, ular hatto yaqin turlarning kichik bir qismida ham misli ko'rilmagan darajadagi tarkib xilma-xilligiga erishishlari mumkin.Ushbu kashfiyot mitoxondrial ribosomaning kelib chiqishi va evolyutsiyasini aniqlashga yordam berishi mumkin, bu o'zining yuqori darajada kamaygan rRNK va turlar bo'ylab oqsil tarkibidagi g'ayritabiiy o'zgaruvchanligi bilan mashhur.
Keyin msL2 oqsilini V. necatrix ribosomasida topilgan yagona ma'lum mikrosporidiyaga xos ribosoma oqsili bo'lgan, ilgari tasvirlangan msL1 oqsili bilan solishtirdik.Biz msL1 va msL2 evolyutsion bog'liqligini sinab ko'rmoqchi edik.Bizning tahlilimiz shuni ko'rsatdiki, msL1 va msL2 ribosoma tuzilishida bir xil bo'shliqni egallaydi, lekin birlamchi va uchinchi darajali tuzilmalarga ega, bu ularning mustaqil evolyutsion kelib chiqishini ko'rsatadi (6-rasm).Shunday qilib, msL2 ni kashf qilishimiz ixcham eukaryotik turlar guruhlari rRNK bo'laklarining yo'qolishini qoplash uchun mustaqil ravishda strukturaviy farq qiluvchi ribosoma oqsillarini rivojlantirishi mumkinligini tasdiqlaydi.Ushbu topilma diqqatga sazovordir, chunki ko'pchilik sitoplazmatik eukaryotik ribosomalarda o'zgarmas oqsil, shu jumladan 81 ribosoma oqsillari oilasi mavjud.Kengaytirilgan rRNK segmentlarining yo'qolishiga javoban mikrosporidiyaning turli qatlamlarida msL1 va msL2 paydo bo'lishi, parazit molekulyar arxitekturasining buzilishi parazitlarning kompensatsion mutatsiyalarni izlashga olib kelishidan dalolat beradi, bu esa oxir-oqibat ularni turli parazit populyatsiyalarida olishiga olib kelishi mumkin.tuzilmalar.
Nihoyat, modelimiz tugallangach, biz E. cuniculi ribosomasining tarkibini genom ketma-ketligidan bashorat qilingan bilan solishtirdik.Bir qancha ribosoma oqsillari, jumladan, eL14, eL38, eL41 va eS30, ilgari E. cuniculi genomida ularning gomologlari aniq yoʻqligi sababli E. cuniculi genomida yoʻq deb hisoblangan.Ko'pgina ribosoma oqsillarining yo'qolishi boshqa ko'plab hujayra ichidagi parazitlarda va endosimbionlarda ham taxmin qilinadi.Masalan, ko'pchilik erkin yashovchi bakteriyalar 54 ta ribosoma oqsilining bir oilasini o'z ichiga olgan bo'lsa-da, ushbu protein oilalarining faqat 11 tasi mezbon tomonidan cheklangan bakteriyalarning har bir tahlil qilingan genomida aniqlanishi mumkin bo'lgan homologlarga ega.Ushbu fikrni qo'llab-quvvatlash uchun eL38 va eL4131,32 oqsillari yo'q bo'lgan V. necatrix va P. locustae mikrosporidiyalarida ribosoma oqsillarining yo'qolishi eksperimental ravishda kuzatilgan.
Biroq, bizning tuzilmalarimiz shuni ko'rsatadiki, faqat eL38, eL41 va eS30 E. cuniculi ribosomasida yo'qoladi.eL14 oqsili saqlanib qoldi va bizning strukturamiz nima uchun bu oqsilni homologiya qidiruvida topib bo'lmasligini ko'rsatdi (7-rasm).E. cuniculi ribosomalarida rRNK kuchaytirilgan ES39L degradatsiyasi tufayli eL14 bogʻlanish joyining koʻp qismi yoʻqoladi.ES39L yo'q bo'lganda, eL14 ikkilamchi tuzilishining katta qismini yo'qotdi va eL14 ketma-ketligining atigi 18% E. cuniculi va S. cerevisiae da bir xil edi.Ushbu ketma-ketlikning yomon saqlanishi ajoyibdir, chunki hatto Saccharomyces cerevisiae va Homo sapiens - bir-biridan 1,5 milliard yil farq qilgan organizmlar - eL14da bir xil qoldiqlarning 51% dan ko'prog'ini bo'lishadi.Saqlanishning bu anomal yo'qolishi nima uchun E. cuniculi eL14 hozirda eL1427 ribosoma oqsili sifatida emas, balki taxminiy M970_061160 oqsili sifatida izohlanganligini tushuntiradi.
va Microsporidia ribosomasi ES39L rRNK kengaytmasini yo'qotdi, bu eL14 ribosoma oqsilini bog'lash joyini qisman yo'q qildi.ES39L yo'q bo'lganda, eL14 mikrospora oqsili ikkilamchi strukturani yo'qotadi, bunda sobiq rRNK bilan bog'langan a-spiral minimal uzunlikdagi halqaga aylanadi.b Ko'p ketma-ketlik moslashuvi shuni ko'rsatadiki, eL14 oqsili eukaryotik turlarda yuqori darajada saqlanadi (xamirturush va inson gomologlari o'rtasidagi ketma-ketlik identifikatsiyasi 57%), ammo mikrosporidiyalarda yomon saqlanadi va farqlanadi (bunda qoldiqlarning 24% dan ko'pi eL14 gomologiga o'xshamaydi).S. cerevisiae yoki H. sapiens dan).Bu ketma-ketlikning yomon saqlanishi va ikkilamchi strukturaning o'zgaruvchanligi nima uchun eL14 gomologi E. cuniculi'da hech qachon topilmaganini va nima uchun bu protein E. cuniculi'da yo'qolgan deb hisoblanishini tushuntiradi.Bundan farqli o'laroq, E. cuniculi eL14 ilgari taxminiy M970_061160 oqsili sifatida izohlangan edi.Bu kuzatish shuni ko'rsatadiki, hozirgi vaqtda mikrosporidiya genomlari xilma-xilligi haddan tashqari oshirilgan: mikrosporidiyada yo'qolgan deb hisoblangan ba'zi genlar, aslida, juda tabaqalashgan shakllarda bo'lsa-da, saqlanib qolgan;Buning o'rniga, ba'zilari gijjalarga xos oqsillar uchun mikrosporidiya genlarini kodlashi mumkin (masalan, M970_061160 gipotetik oqsili) aslida boshqa eukariotlarda joylashgan juda xilma-xil oqsillarni kodlaydi.
Ushbu topilma shuni ko'rsatadiki, rRNK denaturatsiyasi qo'shni ribosoma oqsillarida ketma-ketlikni saqlashning keskin yo'qolishiga olib kelishi mumkin, bu esa bu oqsillarni homologik qidiruvlar uchun aniqlanmaydi.Shunday qilib, biz kichik genom organizmlarida molekulyar degradatsiyaning haqiqiy darajasini yuqori baholashimiz mumkin, chunki yo'qolgan deb hisoblangan ba'zi oqsillar juda o'zgargan shakllarda bo'lsa ham, haqiqatda saqlanib qoladi.
Parazitlar genomning haddan tashqari qisqarishi sharoitida o'zlarining molekulyar mashinalari funktsiyasini qanday saqlab qolishlari mumkin?Bizning tadqiqotimiz bu savolga eng kichik eukaryotik genomlardan biriga ega bo'lgan organizm E. cuniculi ning murakkab molekulyar tuzilishini (ribosoma) tavsiflash orqali javob beradi.
Deyarli yigirma yil davomida ma'lumki, mikrob parazitlarida oqsil va RNK molekulalari ko'pincha erkin yashovchi turlardagi gomologik molekulalaridan farq qiladi, chunki ularda sifat nazorati markazlari mavjud emas, erkin yashovchi mikroblarda ularning hajmining 50% gacha kamayadi va hokazo.katlama va funktsiyani buzadigan ko'plab zaiflashtiruvchi mutatsiyalar.Masalan, kichik genomli organizmlarning ribosomalarida, jumladan, hujayra ichidagi parazitlar va endosimbiontlarda bir nechta ribosoma oqsillari va 27, 29, 30, 49 erkin yashovchi turlarga nisbatan rRNK nukleotidlarining uchdan bir qismigacha yetishmasligi kutilmoqda. Biroq, bu molekulalarning asosiy parazit genomlari orqali ishlash yo'li asosan parazit bo'lib qolmoqda.
Bizning tadqiqotimiz shuni ko'rsatadiki, makromolekulalar tuzilishi evolyutsiyaning ko'plab jihatlarini aniqlashi mumkin, ularni hujayra ichidagi parazitlar va boshqa xost cheklangan organizmlarning an'anaviy qiyosiy genomik tadqiqotlaridan ajratib olish qiyin (qo'shimcha 7-rasm).Masalan, eL14 oqsilining misoli shuni ko'rsatadiki, biz parazit turlarda molekulyar apparatlarning haqiqiy buzilish darajasini oshirib yuborishimiz mumkin.Hozirda ensefalitik parazitlarda yuzlab mikrosporidiyaga xos genlar borligiga ishoniladi.Biroq, bizning natijalarimiz shuni ko'rsatadiki, bu o'ziga xos ko'rinadigan genlarning ba'zilari aslida boshqa eukaryotlarda keng tarqalgan genlarning juda boshqacha variantlari.Bundan tashqari, msL2 oqsilining misoli biz yangi ribosoma oqsillarini qanday e'tiborsiz qoldirayotganimizni va parazit molekulyar mashinalar tarkibini kam baholayotganimizni ko'rsatadi.Kichik molekulalar misolida biz parazit molekulyar tuzilmalarda ularga yangi biologik faollik berishi mumkin bo'lgan eng zukko yangiliklarni qanday e'tiborsiz qoldirishimiz mumkinligini ko'rsatadi.
Birgalikda bu natijalar mezbon tomonidan cheklangan organizmlarning molekulyar tuzilmalari va ularning erkin tirik organizmlardagi hamkasblari o'rtasidagi farqlar haqidagi tushunchamizni yaxshilaydi.Biz uzoq vaqtdan beri qisqargan, degeneratsiyalangan va turli zaiflashtiruvchi mutatsiyalarga duchor bo'lgan molekulyar mashinalar tizimli ravishda e'tibordan chetda qolgan g'ayrioddiy tuzilish xususiyatlariga ega ekanligini ko'rsatamiz.
Boshqa tomondan, biz E. cuniculi ribosomalarida topilgan katta bo'lmagan rRNK bo'laklari va birlashtirilgan bo'laklari genomning qisqarishi hatto hayotning uchta sohasida saqlanib qolgan asosiy molekulyar mexanizmning qismlarini - deyarli 3,5 milliard yildan keyin o'zgartirishi mumkinligini ko'rsatadi.turlarning mustaqil evolyutsiyasi.
E. cuniculi ribosomalaridagi boʻrtiqsiz va birlashgan rRNK fragmentlari endosimbiotik bakteriyalarda RNK molekulalarining oldingi tadqiqotlari nuqtai nazaridan alohida qiziqish uygʻotadi.Misol uchun, aphid endosimbionti Buchnera aphidicola da rRNK va tRNK molekulalari A+T tarkibining moyilligi va kanonik bo'lmagan asos juftlarining yuqori nisbati tufayli haroratga sezgir tuzilmalarga ega ekanligi ko'rsatilgan20,50.RNKdagi bu o'zgarishlar, shuningdek, oqsil molekulalaridagi o'zgarishlar endi endosimbiontlarning sheriklarga haddan tashqari bog'liqligi va endosimbiontlarning issiqlikni o'tkaza olmasliklari uchun javobgardir 21, 23.Parazitar mikrosporidiya rRNK tuzilmaviy jihatdan aniq o'zgarishlarga ega bo'lsa-da, bu o'zgarishlarning tabiati shuni ko'rsatadiki, termal barqarorlikning pasayishi va chaperon oqsillariga yuqori bog'liqlik genomlari kamaygan organizmlarda RNK molekulalarining umumiy xususiyatlari bo'lishi mumkin.
Boshqa tomondan, bizning tuzilmalarimiz shuni ko'rsatadiki, parazit mikrosporidiyalari keng miqyosda saqlanib qolgan rRNK va oqsil bo'laklariga qarshilik ko'rsatishning noyob qobiliyatini rivojlantirdi, bu esa mo'l-ko'l va oson mavjud bo'lgan kichik metabolitlarni degeneratsiyalangan rRNK va oqsil parchalarining tarkibiy taqlidlari sifatida ishlatish qobiliyatini rivojlantirdi.Molekulyar strukturaning buzilishi..Bu fikrni E. cuniculi rRNK va ribosomalaridagi oqsil bo‘laklari yo‘qolishini qoplaydigan kichik molekulalar uL15 va eL30 oqsillaridagi mikrosporidiyaga xos qoldiqlar bilan bog‘lanishi tasdiqlanadi.Bu shuni ko'rsatadiki, kichik molekulalarning ribosomalarga bog'lanishi ijobiy tanlov mahsuloti bo'lishi mumkin, bunda ribosoma oqsillarida mikrosporidiyaga xos mutatsiyalar ribosomalarning kichik molekulalarga yaqinligini oshirish qobiliyati uchun tanlangan, bu esa ribosoma organizmlarining yanada samarali bo'lishiga olib kelishi mumkin.Bu kashfiyot mikrob parazitlarining molekulyar tuzilishidagi aqlli yangilikni ochib beradi va reduktiv evolyutsiyaga qaramay, parazit molekulyar tuzilmalari o‘z funksiyalarini qanday saqlab turishini yaxshiroq tushunish imkonini beradi.
Hozirgi vaqtda bu kichik molekulalarning identifikatsiyasi noaniqligicha qolmoqda.Nima uchun bu kichik molekulalarning ribosoma tuzilishidagi ko'rinishi mikrosporidiya turlari o'rtasida farq qilishi aniq emas.Xususan, V. necatrixning eL20 va K172 oqsillarida F170 qoldigʻi boʻlishiga qaramay, nima uchun nukleotidlar bilan bogʻlanish V. necatrix ribosomalarida emas, E. cuniculi va P. locustae ribosomalarida kuzatilishi aniq emas.Bu oʻchirishga E. cuniculi va P. locustae da treonin emas, V. necatrixda tirozin boʻlgan 43 uL6 qoldiq (nukleotid bogʻlovchi choʻntagiga ulashgan) sabab boʻlishi mumkin.Tyr43 ning yirik aromatik yon zanjiri sterik qoplama tufayli nukleotidlarning bog'lanishiga xalaqit berishi mumkin.Shu bilan bir qatorda, nukleotidlarning aniq o'chirilishi V. necatrix ribosoma qismlarini modellashtirishga to'sqinlik qiluvchi kriyo-EM ko'rishning past aniqligi bilan bog'liq bo'lishi mumkin.
Boshqa tomondan, bizning ishimiz genomning parchalanishi jarayoni ixtirochi kuch bo'lishi mumkinligini ko'rsatadi.Xususan, E. cuniculi ribosomasining tuzilishi shuni ko'rsatadiki, mikrosporidiya ribosomasida rRNK va oqsil bo'laklarining yo'qolishi ribosoma tuzilishidagi o'zgarishlarga yordam beradigan evolyutsion bosimni yaratadi.Ushbu variantlar ribosomaning faol joyidan uzoqda joylashgan bo'lib, rRNKning kamayishi bilan buziladigan optimal ribosoma birikmasini saqlashga (yoki tiklashga) yordam beradi.Bu shuni ko'rsatadiki, mikrosporidiya ribosomasining asosiy innovatsiyasi gen driftini buferlash zaruratiga aylangan.
Ehtimol, bu nukleotidlar bilan bog'lanish orqali eng yaxshi tasvirlangan bo'lib, u hozirgacha boshqa organizmlarda kuzatilmagan.Nukleotidlarni bog‘lovchi qoldiqlarning tipik mikrosporidiyalarda bo‘lishi, lekin boshqa eukariotlarda bo‘lmasligi nukleotidlarni bog‘lash joylari shunchaki yo‘q bo‘lishni kutayotgan qoldiqlar yoki rRNKning alohida nukleotidlar shakliga qaytishi uchun oxirgi joy emasligini ko‘rsatadi.Buning o'rniga, bu sayt ijobiy tanlovning bir necha bosqichida rivojlanishi mumkin bo'lgan foydali xususiyatga o'xshaydi.Nukleotidlarni bog'lash joylari tabiiy tanlanishning qo'shimcha mahsuloti bo'lishi mumkin: ES39L parchalangandan so'ng, mikrosporidiya ES39L yo'qligida optimal ribosoma biogenezini tiklash uchun kompensatsiya izlashga majbur bo'ladi.Ushbu nukleotid ES39L dagi A3186 nukleotidining molekulyar kontaktlarini taqlid qilishi mumkinligi sababli, nukleotid molekulasi ribosomaning qurilish blokiga aylanadi, uning ulanishi eL30 ketma-ketligi mutatsiyasi bilan yanada yaxshilanadi.
Hujayra ichidagi parazitlarning molekulyar evolyutsiyasiga kelsak, bizning tadqiqotimiz shuni ko'rsatadiki, Darvincha tabiiy tanlanish va genom parchalanishining genetik drifti kuchlari parallel ravishda harakat qilmaydi, balki tebranadi.Birinchidan, genetik drift biomolekulalarning muhim xususiyatlarini yo'q qiladi, bu esa kompensatsiyani juda zarur qiladi.Parazitlar Darvincha tabiiy tanlanish orqali bu ehtiyojni qondirsagina, ularning makromolekulalari o'zlarining eng ta'sirchan va innovatsion xususiyatlarini rivojlantirish imkoniyatiga ega bo'ladilar.Muhimi, E. cuniculi ribosomasidagi nukleotidlar bilan bog‘lanish joylarining evolyutsiyasi molekulyar evolyutsiyaning bu yo‘qotish-to‘planish namunasi nafaqat zararli mutatsiyalarni amortizatsiya qilishini, balki ba’zan parazit makromolekulalarga mutlaqo yangi funksiyalarni yuklashini ko‘rsatadi.
Bu fikr Syuell Raytning harakatlanuvchi muvozanat nazariyasiga mos keladi, unda tabiiy tanlanishning qattiq tizimi organizmlarning yangilanish qobiliyatini cheklaydi51,52,53.Ammo, agar genetik drift tabiiy tanlanishni buzsa, bu siljishlar o'z-o'zidan moslashuvchan (yoki hatto zararli) bo'lmagan o'zgarishlarni keltirib chiqarishi mumkin, ammo yuqori jismoniy yoki yangi biologik faollikni ta'minlaydigan keyingi o'zgarishlarga olib kelishi mumkin.Bizning asosimiz biomolekulaning burmasi va funksiyasini kamaytiradigan bir xil turdagi mutatsiyalar uning takomillashuvi uchun asosiy tetik bo'lib ko'rinishini ko'rsatib, bu fikrni qo'llab-quvvatlaydi.G'alaba qozongan evolyutsion modelga muvofiq, bizning tadqiqotimiz shuni ko'rsatadiki, an'anaviy ravishda degenerativ jarayon sifatida qaraladigan genomning parchalanishi ham innovatsiyalarning asosiy haydovchisi bo'lib, ba'zan va hatto ko'pincha makromolekulalar yangi parazitar faoliyatga ega bo'lishiga imkon beradi.ulardan foydalanishi mumkin.