O ṣeun fun lilo si Nature.com.Ẹya ẹrọ aṣawakiri ti o nlo ni atilẹyin CSS lopin.Fun iriri ti o dara julọ, a ṣeduro pe ki o lo ẹrọ aṣawakiri imudojuiwọn kan (tabi mu Ipo Ibamu ṣiṣẹ ni Internet Explorer).Lakoko, lati rii daju pe atilẹyin tẹsiwaju, a yoo ṣe aaye naa laisi awọn aza ati JavaScript.
Awọn itankalẹ ti makirobia parasites je kan counteraction laarin adayeba aṣayan, eyi ti o fa parasites lati mu dara, ati jiini fiseete, eyi ti o fa parasites lati padanu Jiini ati akojo deleterious awọn iyipada.Nibi, lati le ni oye bi atako yii ṣe waye lori iwọn ti macromolecule kan, a ṣe apejuwe ọna cryo-EM ti ribosome ti Encephalitozoon cuniculi, oganisimu eukaryotic pẹlu ọkan ninu awọn genomes ti o kere julọ ni iseda.Idinku pupọ ti rRNA ni E. cuniculi ribosomes wa pẹlu awọn ayipada igbekalẹ airotẹlẹ, gẹgẹbi itankalẹ ti awọn ọna asopọ rRNA dapọ ti a ko mọ tẹlẹ ati rRNA laisi awọn bulges.Ni afikun, E. cuniculi ribosome ye ipadanu awọn ajẹkù rRNA ati awọn ọlọjẹ nipa didagbasoke agbara lati lo awọn moleku kekere bi awọn alafarawe igbekalẹ ti awọn ajẹkù rRNA ati awọn ọlọjẹ.Ìwò, a fi hàn pé molikula ẹya gun ro lati wa ni dinku, degenerate, ati koko ọrọ si debilitating awọn iyipada ni awọn nọmba kan ti isanpada ise sise ti o pa wọn lọwọ pelu awọn iwọn molikula contractions.
Nitoripe ọpọlọpọ awọn ẹgbẹ ti awọn parasites microbial ni awọn irinṣẹ molikula alailẹgbẹ lati lo nilokulo awọn ogun wọn, nigbagbogbo a ni lati ṣe agbekalẹ awọn oogun oriṣiriṣi fun awọn ẹgbẹ oriṣiriṣi ti parasites1,2.Bibẹẹkọ, ẹri titun ni imọran pe diẹ ninu awọn abala ti itankalẹ parasite jẹ ibaramu ati pe a le sọ tẹlẹ, ti n tọka ipilẹ ti o pọju fun awọn ilowosi itọju ailera ni awọn parasites microbial3,4,5,6,7,8,9.
Iṣẹ iṣaaju ti ṣe idanimọ aṣa itiranya ti o wọpọ ni awọn parasites microbial ti a pe ni idinku genome tabi ibajẹ jiini10,11,12,13.Iwadi lọwọlọwọ fihan pe nigbati awọn microorganisms fi igbesi aye igbesi aye ọfẹ wọn silẹ ti wọn di parasites intracellular (tabi endosymbionts), awọn genomes wọn lọra ṣugbọn awọn metamorphoses iyalẹnu lori awọn miliọnu ọdun9,11.Ninu ilana ti a mọ si ibajẹ jiini-jiini, awọn parasites microbial n ṣajọpọ awọn iyipada imukuro ti o sọ ọpọlọpọ awọn Jiini pataki tẹlẹ sinu awọn pseudogenes, ti o yori si ipadanu apilẹjẹ diẹdiẹ ati iparun iyipada14,15.Iparun yii le pa to 95% ti awọn Jiini ninu awọn oganisimu intracellular Atijọ ni akawe si awọn eya alãye laaye ti o ni ibatan pẹkipẹki.Nitorinaa, itankalẹ ti awọn parasites intracellular jẹ ija-ija laarin awọn ologun meji ti o tako: Aṣayan adayeba ti Darwin, ti o yori si ilọsiwaju ti awọn parasites, ati iṣubu ti jiini, jiju awọn parasites sinu igbagbe.Bii parasite naa ṣe ṣakoso lati jade kuro ninu ija-ija yii ati idaduro iṣẹ ṣiṣe ti eto molikula rẹ ko ṣiyemọ.
Botilẹjẹpe ilana ti ibajẹ jiini ko ni oye ni kikun, o dabi ẹni pe o waye ni pataki nitori fiseete jiini loorekoore.Nitoripe awọn parasites n gbe ni awọn eniyan kekere, asexual, ati awọn eniyan ti o ni opin jiini, wọn ko le mu imunadoko kuro ni imunadoko awọn iyipada imukuro ti o waye nigbakan lakoko ẹda DNA.Eyi nyorisi ikojọpọ ti ko ni iyipada ti awọn iyipada ipalara ati idinku ti jiini parasite.Bi abajade, parasite naa kii ṣe padanu awọn Jiini nikan ti ko ṣe pataki fun iwalaaye rẹ ni agbegbe intracellular.O jẹ ailagbara ti awọn olugbe parasite lati mu imunadoko kuro ni imunadoko awọn iyipada ipanilara ti o jẹ ki awọn iyipada wọnyi kojọpọ jakejado jiini, pẹlu awọn jiini pataki julọ wọn.
Pupọ ti oye wa lọwọlọwọ ti idinku jiini da lori awọn afiwera ti awọn ilana jiini, pẹlu akiyesi diẹ si awọn iyipada ninu awọn ohun elo gangan ti o ṣe awọn iṣẹ itọju ile ati ṣiṣẹ bi awọn ibi-afẹde oogun ti o pọju.Awọn ijinlẹ afiwera ti fihan pe ẹru ti awọn iyipada microbial intracellular intracellular ti o han lati sọ asọtẹlẹ awọn ọlọjẹ ati awọn acids nucleic lati ṣaṣeyọri ati apapọ, ṣiṣe wọn diẹ sii ti o gbẹkẹle chaperone ati hypersensitive si heat19,20,21,22,23.Ni afikun, ọpọlọpọ awọn parasites — itankalẹ ominira nigbakan pinya nipasẹ bii ọdun 2.5 bilionu — ni iriri iru isonu ti awọn ile-iṣẹ iṣakoso didara ni iṣelọpọ amuaradagba wọn5,6 ati awọn ilana atunṣe DNA24.Bibẹẹkọ, diẹ ni a mọ nipa ipa ti igbesi aye intracellular lori gbogbo awọn ohun-ini miiran ti awọn macromolecules cellular, pẹlu isọdọtun molikula si ẹru ti npọ si ti awọn iyipada imukuro.
Ninu iṣẹ yii, lati le ni oye ti itankalẹ ti awọn ọlọjẹ ati awọn acids nucleic ti awọn microorganisms intracellular, a pinnu ilana ti ribosomes ti parasite intracellular Encephalitozoon cuniculi.E. cuniculi jẹ ohun ara-ara ti o dabi fungus ti o jẹ ti ẹgbẹ kan ti microsporidia parasitic ti o ni awọn genomes eukaryotic kekere ti kii ṣe deede ati nitorinaa a lo bi awọn ohun alumọni awoṣe lati ṣe iwadii ibajẹ jiini25,26,27,28,29,30.Laipe, cryo-EM ribosome be ti pinnu fun awọn genomes ti o dinku niwọntunwọnsi ti Microsporidia, Paranosema locustae, ati Vairimorpha necatrix31,32 (~ 3.2 Mb genome).Awọn ẹya wọnyi daba pe diẹ ninu isonu ti imudara rRNA jẹ isanpada nipasẹ idagbasoke awọn olubasọrọ tuntun laarin awọn ọlọjẹ ribosomal adugbo tabi gbigba awọn ọlọjẹ ribosomal msL131,32 tuntun.Awọn eya Encephalitozoon (jiome ~ 2.5 million bp), pẹlu Ordospora ibatan ti o sunmọ wọn, ṣe afihan iwọn ipari ti idinku jiini ninu awọn eukaryotes - wọn ni o kere ju 2000 awọn jiini ifaminsi amuaradagba, ati pe o nireti pe awọn ribosomes wọn kii ṣe laisi awọn ajẹkù imugboro rRNA nikan (awọn ajẹkù rRNA ti o ṣe iyatọ si awọn ọlọjẹ ribosomes si awọn kokoro arun ribosomes si mẹrin) ti homologues ni E. cuniculi genome26,27,28.Nitorina, a pari pe E. cuniculi ribosome le ṣe afihan awọn ilana ti a ko mọ tẹlẹ fun iyipada molikula si ibajẹ genome.
Ẹya cryo-EM wa ṣe aṣoju ribosome eukaryotic cytoplasmic ti o kere julọ lati ṣe afihan ati pese oye si bii iwọn ipari ti idinku jiini ṣe ni ipa lori eto, apejọ, ati itankalẹ ti ẹrọ molikula ti o jẹ pataki si sẹẹli naa.A rii pe E. cuniculi ribosome tako ọpọlọpọ awọn ilana ti o ni ipamọ pupọ ti kika RNA ati apejọ ribosome, o si ṣe awari tuntun kan, amuaradagba ribosomal ti a ko mọ tẹlẹ.Ni airotẹlẹ, a fihan pe awọn ribosomes microsporidia ti wa ni agbara lati di awọn ohun elo kekere, ati pe awọn eegun ninu rRNA ati awọn ọlọjẹ nfa awọn imotuntun itiranya ti o le funni ni awọn agbara to wulo lori ribosome.
Lati mu oye wa dara si nipa itankalẹ ti awọn ọlọjẹ ati awọn acids nucleic ninu awọn ohun alumọni inu sẹẹli, a pinnu lati ya sọtọ E. cuniculi spores lati awọn aṣa ti awọn sẹẹli mammalian ti o ni arun lati le sọ ribosomes wọn di mimọ ati pinnu ilana ti awọn ribosomes wọnyi.O nira lati gba nọmba nla ti microsporidia parasitic nitori microsporidia ko le ṣe gbin ni alabọde ounjẹ.Dipo, wọn dagba ati ẹda nikan inu sẹẹli agbalejo.Nitori naa, lati gba E. cuniculi biomass fun ìwẹnumọ ribosome, a ni arun laini sẹẹli kidinrin mammalian RK13 pẹlu E. cuniculi spores ati gbin awọn sẹẹli ti o ni arun wọnyi fun awọn ọsẹ pupọ lati jẹ ki E. cuniculi dagba ki o si pọ si.Lilo monolayer sẹẹli ti o ni arun ti o to idaji mita onigun mẹrin, a ni anfani lati sọ di mimọ nipa 300 miligiramu ti Microsporidia spores ati lo wọn lati ya sọtọ awọn ribosomes.Lẹ́yìn náà, a fọ́ àwọn spores tí a sọ di mímọ́ dà nù pẹ̀lú àwọn ìlẹ̀kẹ̀ gíláàsì a sì ya àwọn ribosomes robi sọ́tọ̀ nípa lílo ìpín tí ó jẹ́ ti polyethylene glycol stepwise ti lysates.Eyi gba wa laaye lati gba isunmọ 300 µg ti awọn ribosomes E. cuniculi aise fun itupalẹ igbekale.
Lẹhinna a gba awọn aworan cryo-EM ni lilo awọn ayẹwo ribosome ti o yọrisi ati ṣe ilana awọn aworan wọnyi ni lilo awọn iboju iparada ti o baamu si ipin ribosomal nla, ori ipin kekere, ati ipin kekere.Lakoko ilana yii, a kojọpọ awọn aworan ti awọn patikulu ribosomal 108,000 ati awọn aworan cryo-EM ti a ṣe iṣiro pẹlu ipinnu ti 2.7 Å (Afikun Awọn nọmba 1-3).Lẹhinna a lo awọn aworan cryoEM lati ṣe awoṣe rRNA, amuaradagba ribosomal, ati ifosiwewe hibernation Mdf1 ti o ni nkan ṣe pẹlu E. cuniculi ribosomes (Fig. 1a, b).
a igbekale ti E. cuniculi ribosome ni eka pẹlu hibernation ifosiwewe Mdf1 (pdb id 7QEP).b Map of hibernation factor Mdf1 ni nkan ṣe pẹlu E. cuniculi ribosome.c maapu eto ile-iwe keji ti o ṣe afiwe rRNA ti o gba pada ni eya Microsporidian si awọn ẹya ribosomal ti a mọ.Awọn panẹli naa fihan ipo ti awọn ajẹkù rRNA ti o pọ si (ES) ati awọn aaye ti nṣiṣe lọwọ ribosome, pẹlu aaye iyipada (DC), loop sarcinicin (SRL), ati ile-iṣẹ gbigbe peptidyl transferase (PTC).d Awọn iwuwo elekitironi ti o baamu si aarin peptidyl transferase ti E. cuniculi ribosome ni imọran pe aaye katalitiki yii ni eto kanna ni parasite E. cuniculi ati awọn ogun rẹ, pẹlu H. sapiens.e, f Awọn iwuwo elekitironi ti o baamu ti ile-iṣẹ iyipada (e) ati eto sikematiki ti ile-iṣẹ iyipada (f) fihan pe E. cuniculi ni awọn iyokù U1491 dipo A1491 (E. coli nomba) ni ọpọlọpọ awọn eukaryotes miiran.Iyipada yii ni imọran pe E. cuniculi le jẹ ifarabalẹ si awọn egboogi ti o fojusi aaye ti nṣiṣe lọwọ.
Ni idakeji si awọn ẹya ti iṣeto tẹlẹ ti V. necatrix ati P. locustae ribosomes (mejeeji ẹya soju kanna microsporidia ebi Nosematidae ati ki o jẹ gidigidi iru si kọọkan miiran), 31,32 E. cuniculi ribosomes faragba afonifoji ilana ti rRNA ati amuaradagba Fragmentation.Siwaju denaturation (Afikun isiro 4-6).Ni rRNA, awọn iyipada ti o yanilenu julọ pẹlu pipadanu pipe ti 25S rRNA fragment ES12L ti o pọju ati ibajẹ apakan ti h39, h41, ati H18 helices (Fig. 1c, Fig. 4).Lara awọn ọlọjẹ ribosomal, awọn iyipada ti o yanilenu julọ pẹlu ipadanu pipe ti amuaradagba eS30 ati kikuru eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17, ati awọn ọlọjẹ eS7 (Awọn eeya afikun 4, 5).
Bayi, awọn iwọn idinku ti awọn genomes ti Encephalotozoon/Ordospora eya ti wa ni afihan ni won ribosome be: E. cuniculi ribosomes ni iriri awọn julọ ìgbésẹ isonu ti amuaradagba akoonu ni eukaryotic cytoplasmic ribosomes koko ọrọ si igbekale karakitariasesonu, ati awọn ti wọn ko ba ko paapaa ni awon rRNA ati amuaradagba ajẹkù ti o wa ni o gbajumo ti fipamọ ni awọn aye ko nikan ni awọn aaye mẹta.Ilana ti E. cuniculi ribosome pese apẹrẹ molikula akọkọ fun awọn ayipada wọnyi ati ṣafihan awọn iṣẹlẹ itankalẹ ti a ti foju fojufori nipasẹ awọn jinomiki afiwera mejeeji ati awọn iwadii ti igbekalẹ biomolecular intracellular intracellular (Fig. 7).Ni isalẹ, a ṣe apejuwe ọkọọkan awọn iṣẹlẹ wọnyi pẹlu awọn ipilẹṣẹ itiranya ti o ṣeeṣe wọn ati ipa agbara wọn lori iṣẹ ribosome.
Lẹhinna a rii pe, ni afikun si awọn gige rRNA nla, E. cuniculi ribosomes ni awọn iyatọ rRNA ni ọkan ninu awọn aaye ti nṣiṣe lọwọ wọn.Biotilẹjẹpe ile-iṣẹ peptidyl transferase ti E. cuniculi ribosome ni ọna kanna gẹgẹbi awọn ribosomes eukaryotic miiran (Fig. 1d), ile-iṣẹ iyipada yatọ nitori iyatọ ti o tẹle ni nucleotide 1491 (E. coli nomba, Fig. 1e, f).Akiyesi yii ṣe pataki nitori aaye iyipada ti awọn ribosomes eukaryotic ni igbagbogbo ni awọn iṣẹku G1408 ati A1491 ni akawe si awọn iṣẹku iru kokoro-arun A1408 ati G1491.Iyatọ yii wa labẹ ifamọra oriṣiriṣi ti kokoro-arun ati awọn ribosomes eukaryotic si idile aminoglycoside ti awọn egboogi ribosomal ati awọn ohun elo kekere miiran ti o fojusi aaye yiyan.Ni aaye iyipada ti E. cuniculi ribosome, aloku A1491 ti rọpo pẹlu U1491, ti o le ṣẹda wiwo abuda alailẹgbẹ fun awọn ohun elo kekere ti o fojusi aaye ti nṣiṣe lọwọ.Iyatọ A14901 kanna tun wa ni awọn microsporidia miiran gẹgẹbi P. locustae ati V. necatrix, ni iyanju pe o wa ni ibigbogbo laarin awọn eya microsporidia (Fig. 1f).
Nitoripe awọn ayẹwo E. cuniculi ribosome wa ti ya sọtọ lati awọn spores ti ko ṣiṣẹ ti iṣelọpọ, a ṣe idanwo maapu cryo-EM ti E. cuniculi fun isọdọkan ribosome tẹlẹ labẹ wahala tabi awọn ipo ebi.Awọn ifosiwewe hibernation 31,32,36,37, 38. A baamu ilana iṣeto iṣaaju ti ribosome hibernating pẹlu maapu cryo-EM ti E. cuniculi ribosome.Fun docking, S. cerevisiae ribosomes won lo ni eka pẹlu hibernation ifosiwewe Stm138, eṣú ribosomes ni eka pẹlu Lso232 ifosiwewe, ati V. necatrix ribosomes ni eka pẹlu Mdf1 ati Mdf231 ifosiwewe.Ni akoko kanna, a rii iwuwo cryo-EM ti o baamu si ifosiwewe isinmi Mdf1.Gegebi Mdf1 abuda si V. necatrix ribosome, Mdf1 tun sopọ mọ E. cuniculi ribosome, nibiti o ti ṣe idiwọ aaye E ti ribosome, o ṣee ṣe iranlọwọ lati ṣe awọn ribosomes wa nigbati awọn parasite spores di ti iṣelọpọ ti iṣelọpọ lori aiṣiṣẹ ara (Figure 2).).
Mdf1 ṣe idiwọ aaye E ti ribosome, eyiti o han lati ṣe iranlọwọ lati mu ribosome ṣiṣẹ nigbati awọn parasites di aiṣiṣẹ ti iṣelọpọ.Ninu ilana ti E. cuniculi ribosome, a rii pe Mdf1 ṣe agbekalẹ olubasọrọ ti a ko mọ tẹlẹ pẹlu L1 ribosome stem, apakan ti ribosome ti o jẹ ki itusilẹ ti tRNA deacylated lati ribosome lakoko iṣelọpọ amuaradagba.Awọn olubasọrọ wọnyi daba pe Mdf1 yapa lati ribosome nipa lilo ilana kanna bi tRNA deacetylated, n pese alaye ti o ṣeeṣe fun bi ribosome ṣe yọ Mdf1 kuro lati tun mu iṣelọpọ amuaradagba ṣiṣẹ.
Sibẹsibẹ, eto wa ṣe afihan olubasọrọ aimọ laarin Mdf1 ati L1 ribosome ẹsẹ (apakan ribosome ti o ṣe iranlọwọ lati tu tRNA deacylated lati ribosome lakoko iṣelọpọ amuaradagba).Ni pataki, Mdf1 nlo awọn olubasọrọ kanna gẹgẹbi apakan igbonwo ti molikula tRNA deacylated (Fig. 2).Awoṣe molikula ti a ko mọ tẹlẹ fihan pe Mdf1 yapa kuro ninu ribosome nipa lilo ilana kanna bi tRNA deacetylated, eyiti o ṣe alaye bi ribosome ṣe yọ ifosiwewe hibernation yii lati tun mu iṣelọpọ amuaradagba ṣiṣẹ.
Nigbati a ba n ṣe awoṣe rRNA, a rii pe E. cuniculi ribosome ni awọn ajẹkù rRNA ti a ṣe pọ, eyiti a pe ni rRNA dapo (Fig. 3).Ni awọn ribosomes ti o gun awọn agbegbe mẹta ti igbesi aye, rRNA ṣe pọ si awọn ẹya ninu eyiti ọpọlọpọ awọn ipilẹ rRNA boya ipilẹ meji ati pọ pẹlu ara wọn tabi ṣe ajọṣepọ pẹlu awọn ọlọjẹ ribosomal38,39,40.Bibẹẹkọ, ni E. cuniculi ribosomes, awọn rRNA dabi ẹni pe o lodi si ilana kika yii nipa yiyipada diẹ ninu awọn helice wọn sinu awọn agbegbe rRNA ti a ṣii.
Ilana H18 25S rRNA helix ni S. cerevisiae, V. necatrix, ati E. cuniculi.Ni deede, ni awọn ribosomes ti o yika awọn ibugbe igbesi aye mẹtẹẹta, ọna asopọ asopọ yii ṣajọpọ sinu helix RNA kan ti o ni awọn iṣẹku 24 si 34 ninu.Ni Microsporidia, ni idakeji, ọna asopọ rRNA yii dinku diẹdiẹ si awọn ọna asopọ ọlọrọ uridine-okun meji ti o ni awọn iyokù 12 nikan.Pupọ julọ awọn iṣẹku wọnyi ti farahan si awọn olomi.Nọmba naa fihan pe microsporidia parasitic dabi ẹni pe o lodi si awọn ipilẹ gbogbogbo ti kika rRNA, nibiti awọn ipilẹ rRNA ti maa n so pọ si awọn ipilẹ miiran tabi ni ipa ninu awọn ibaraenisepo rRNA-amuaradagba.Ni microsporidia, diẹ ninu awọn ajẹkù rRNA gba lori ipa ti ko dara, ninu eyiti helix rRNA tẹlẹ ti di ajẹku-okun kan ti o fẹẹrẹ fẹẹrẹ ni laini taara.Iwaju awọn agbegbe dani wọnyi ngbanilaaye microsporidia rRNA lati di awọn ajẹkù rRNA ti o jinna nipa lilo nọmba iwonba ti awọn ipilẹ RNA.
Apeere ti o yanilenu julọ ti iyipada itankalẹ yii ni a le ṣe akiyesi ni H18 25S rRNA helix (Fig. 3).Ninu eya lati E. coli si eniyan, awọn ipilẹ ti helix rRNA yii ni awọn nucleotides 24-32, ti o n ṣe helix alaibamu diẹ.Ni awọn ẹya ribosomal ti a ti mọ tẹlẹ lati V. necatrix ati P. locustae, 31,32 awọn ipilẹ ti helix H18 jẹ apakan ti a ko ṣajọpọ, ṣugbọn ipilẹ ipilẹ nucleotide ti wa ni ipamọ.Sibẹsibẹ, ni E. cuniculi ajẹkù rRNA yii di awọn ọna asopọ kukuru 228UUUGU232 ati 301UUUUUUUUUU307.Ko dabi awọn ajẹkù rRNA aṣoju, awọn ọna asopọ ti o ni ọlọrọ uridine wọnyi ko ṣe yipo tabi ṣe olubasọrọ lọpọlọpọ pẹlu awọn ọlọjẹ ribosomal.Dipo, wọn gba olomi-ṣii ati awọn ẹya ṣiṣi silẹ ni kikun ninu eyiti awọn okun rRNA ti gbooro ni taara taara.Isọdi ti o nà yii ṣe alaye bi E. cuniculi ṣe nlo awọn ipilẹ RNA 12 nikan lati kun aafo 33 Å laarin awọn helice H16 ati H18 rRNA, lakoko ti awọn eya miiran nilo o kere ju lẹmeji awọn ipilẹ rRNA lati kun aafo naa.
Nitorinaa, a le ṣafihan pe, nipasẹ kika ti ko ni agbara, microsporidia parasitic ti ṣe agbekalẹ ilana kan lati ṣe adehun paapaa awọn apakan rRNA wọnyẹn ti o wa ni fipamọ ni gbooro kọja awọn eya ni awọn agbegbe mẹta ti igbesi aye.Nkqwe, nipa ikojọpọ awọn iyipada ti o yi awọn helices rRNA pada si kukuru poly-U linkers, E. cuniculi le ṣe awọn ajẹkù rRNA dani ti o ni awọn nucleotides diẹ bi o ti ṣee ṣe fun ligation ti awọn ajẹkù rRNA jijin.Eyi ṣe iranlọwọ lati ṣalaye bii microsporidia ṣe ṣaṣeyọri idinku iyalẹnu ninu igbekalẹ molikula ipilẹ wọn laisi sisọnu igbekalẹ ati iduroṣinṣin iṣẹ-ṣiṣe wọn.
Ẹya dani miiran ti E. cuniculi rRNA ni hihan rRNA laisi awọn iwuwo (Fig. 4).Awọn bulges jẹ awọn nucleotides laisi awọn orisii ipilẹ ti o yi kuro ninu helix RNA dipo ti o farapamọ sinu rẹ.Pupọ awọn protrusions rRNA n ṣiṣẹ bi awọn adhesives molikula, ṣe iranlọwọ lati di awọn ọlọjẹ ribosomal ti o wa nitosi tabi awọn ajẹkù rRNA miiran.Diẹ ninu awọn bulges ṣiṣẹ bi awọn isunmọ, gbigba helix rRNA lati rọ ati ṣe pọ ni aipe fun iṣelọpọ amuaradagba iṣelọpọ 41.
a An rRNA protrusion (S. cerevisiae nomba) ni isansa lati E. cuniculi ribosome be, sugbon bayi ni julọ miiran eukaryotes b E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens, ati E. cuniculi ti abẹnu ribosomes.parasites ko ni ọpọlọpọ awọn igba atijọ, awọn bulges rRNA ti o tọju gaan.Awọn ohun elo ti o nipọn wọnyi ṣe iduroṣinṣin eto ribosome;nitorina, isansa wọn ni microsporidia tọkasi iduroṣinṣin ti o dinku ti kika rRNA ni awọn parasites microsporidia.Ifiwera pẹlu P stems (L7/L12 stems ni kokoro arun) fihan wipe awọn isonu ti rRNA bumps ma se deede pẹlu hihan titun bumps tókàn si awọn ti sọnu bumps.H42 Helix ni 23S/28S rRNA ni bulge atijọ (U1206 ni Saccharomyces cerevisiae) ni ifoju pe o kere ju ọdun 3.5 bilionu nitori aabo rẹ ni awọn agbegbe mẹta ti igbesi aye.Ni microsporidia, bulge yii ti yọkuro.Sibẹsibẹ, bulge tuntun kan han lẹgbẹẹ bulge ti o sọnu (A1306 ni E. cuniculi).
Ni iyalẹnu, a rii pe E. cuniculi ribosomes ko ni pupọ julọ awọn bulges rRNA ti a rii ni awọn eya miiran, pẹlu diẹ sii ju 30 bulges ti a fipamọ sinu awọn eukaryotes miiran (Fig. 4a).Ipadanu yii npa ọpọlọpọ awọn olubasọrọ kuro laarin awọn ipin ribosomal ati awọn helices rRNA ti o wa nitosi, nigbami o ṣẹda awọn ofo ṣofo nla laarin ribosome, ṣiṣe E. cuniculi ribosome diẹ sii lainira ni akawe si awọn ribosomes ibile diẹ sii (Fig. 4b).Paapaa, a rii pe pupọ julọ awọn bulges wọnyi tun sọnu ni V. necatrix ti a ti mọ tẹlẹ ati awọn ẹya ribosome P. locustae, eyiti a foju fojufoda nipasẹ awọn itupalẹ igbekale iṣaaju31,32.
Nigba miiran isonu ti awọn bulge rRNA wa pẹlu idagbasoke awọn bulges tuntun lẹgbẹẹ bulge ti o sọnu.Fun apẹẹrẹ, ribosomal P-stem ni U1208 bulge (ni Saccharomyces cerevisiae) ti o ye lati E. coli si awọn eniyan ati pe o jẹ pe o jẹ ọdun 3.5 bilionu.Lakoko iṣelọpọ amuaradagba, bulge yii ṣe iranlọwọ fun gbigbe P stem laarin ṣiṣi ati awọn imuduro pipade ki ribosome le gba awọn ifosiwewe itumọ ṣiṣẹ ki o fi wọn ranṣẹ si aaye ti nṣiṣe lọwọ.Ni E. cuniculi ribosomes, yi nipọn ni isansa;sibẹsibẹ, a titun thickening (G883) be nikan ni meta mimọ orisii le tiwon si atunse ti awọn ti aipe ni irọrun ti awọn P yio (Fig. 4c).
Awọn data wa lori rRNA laisi awọn bulges daba pe idinku rRNA ko ni opin si isonu ti awọn eroja rRNA lori oju ribosome, ṣugbọn o tun le kan ribosome nucleus, ṣiṣẹda abawọn molikula pato-parasite ti ko ti ṣe apejuwe ninu awọn sẹẹli laaye laaye.ngbe eya ti wa ni šakiyesi.
Lẹhin ti ṣe apẹẹrẹ awọn ọlọjẹ ribosomal canonical ati rRNA, a rii pe awọn paati ribosomal ti aṣa ko le ṣe alaye awọn ẹya mẹta ti aworan cryo-EM.Meji ninu awọn ajẹkù wọnyi jẹ awọn moleku kekere ni iwọn (Fig. 5, Aworan Afikun. 8).Apa akọkọ jẹ sandwiched laarin awọn ọlọjẹ ribosomal uL15 ati eL18 ni ipo ti o maa n gba nipasẹ C-terminus ti eL18, eyiti o kuru ni E. cuniculi.Botilẹjẹpe a ko le pinnu idanimọ ti moleku yii, iwọn ati apẹrẹ ti erekusu iwuwo yii jẹ alaye daradara nipasẹ wiwa awọn ohun elo spermidine.Isopọ rẹ si ribosome jẹ iduroṣinṣin nipasẹ awọn iyipada pato-microsporidia ninu awọn ọlọjẹ uL15 (Asp51 ati Arg56), eyiti o dabi pe o pọ si isunmọ ribosome fun moleku kekere yii, bi wọn ṣe gba uL15 laaye lati fi ipari si moleku kekere sinu eto ribosomal.Àfikún Àwòrán 2).8, afikun data 1, 2).
Aworan Cryo-EM ti nfihan wiwa awọn nucleotides ni ita ribose ti a so si E. cuniculi ribosome.Ninu E. cuniculi ribosome, nucleotide yii wa ni ibi kanna bi 25S rRNA A3186 nucleotide (nọmba Saccharomyces cerevisiae) ninu ọpọlọpọ awọn ribosomes eukaryotic miiran.b Ninu eto ribosomal ti E. cuniculi, nucleotide yii wa laarin awọn proteins ribosomal uL9 ati eL20, nitorinaa ṣe imuduro olubasọrọ laarin awọn ọlọjẹ meji.cd eL20 itupale itoju lẹsẹsẹ laarin microsporidia eya.Awọn phylogenetic igi ti Microsporidia eya (c) ati ọpọ ọkọọkan titete ti awọn eL20 amuaradagba (d) fihan wipe nucleotide-abuda iṣẹku F170 ati K172 ti wa ni fipamọ ni julọ aṣoju Microsporidia, pẹlu awọn sile ti S. lophii, pẹlu awọn sile ti tete branching Microsporidia, eyi ti o ni idaduro ES3.Nọmba yii fihan pe awọn iṣẹku abuda nucleotide F170 ati K172 wa nikan ni eL20 ti jiini microsporidia ti o dinku pupọ, ṣugbọn kii ṣe ninu awọn eukaryotes miiran.Iwoye, awọn data wọnyi daba pe Microsporidian ribosomes ti ni idagbasoke aaye isunmọ nucleotide ti o han lati di awọn ohun elo AMP ati lo wọn lati ṣe idaduro awọn ibaraẹnisọrọ amuaradagba-amuaradagba ninu ilana ribosomal.Itoju giga ti aaye abuda yii ni Microsporidia ati isansa rẹ ni awọn eukaryotes miiran ni imọran pe aaye yii le pese anfani iwalaaye yiyan fun Microsporidia.Bayi, apo ti nucleotide-binding ti o wa ninu microsporidia ribosome ko han pe o jẹ ẹya-ara ti o bajẹ tabi ipari ipari ti ibajẹ rRNA gẹgẹbi a ti ṣalaye tẹlẹ, ṣugbọn kuku ĭdàsĭlẹ ti itiranya ti o wulo ti o fun laaye microsporidia ribosome lati sopọ taara awọn ohun elo kekere, lilo wọn gẹgẹbi awọn ohun amorindun ile molikula.awọn bulọọki ile fun awọn ribosomes.Awari yii jẹ ki microsporidia ribosome jẹ ribosome kanṣoṣo ti a mọ lati lo nucleotide kan gẹgẹbi idina ile igbekalẹ rẹ.f Ona itankalẹ arosọ ti o wa lati inu abuda nucleotide.
Iwọn iwuwo molikula kekere keji wa ni wiwo laarin awọn ọlọjẹ ribosomal uL9 ati eL30 (Fig. 5a).A ṣe apejuwe wiwo yii ni iṣaaju ninu eto ti Saccharomyces cerevisiae ribosome gẹgẹbi aaye abuda fun 25S nucleotide ti rRNA A3186 (apakan ti itẹsiwaju ES39L rRNA)38.A fihan pe ni awọn ribosomes P. locustae ES39L degenerate, wiwo yii so 31 nucleotide kan ti a ko mọ, ati pe a ro pe nucleotide yii jẹ fọọmu ipari ti rRNA ti o dinku, ninu eyiti ipari rRNA jẹ ~ 130-230 awọn ipilẹ.ES39L dinku si 32.43 nucleotide kan.Awọn aworan cryo-EM ṣe atilẹyin imọran pe iwuwo le ṣe alaye nipasẹ awọn nucleotides.Sibẹsibẹ, ipinnu ti o ga julọ ti eto wa fihan pe nucleotide yii jẹ moleku extraribosomal, o ṣee ṣe AMP (Fig. 5a, b).
Lẹhinna a beere boya aaye isunmọ nucleotide han ninu E. cuniculi ribosome tabi boya o ti wa tẹlẹ.Níwọ̀n bí ìsopọ̀ nucleotide jẹ́ alárinà lákọ̀ọ́kọ́ nípasẹ̀ Phe170 àti Lys172 iṣẹ́kù nínú amuaradagba eL30 ribosomal, a ṣàyẹ̀wò ìpamọ́ àwọn iṣẹ́kù wọ̀nyí ní eukaryotes aṣojú 4396.Bi ninu ọran ti uL15 loke, a ri pe awọn iṣẹku Phe170 ati Lys172 ti wa ni ipamọ pupọ nikan ni aṣoju Microsporidia, ṣugbọn ko si ni awọn eukaryotes miiran, pẹlu atypical Microsporidia Mitosporidium ati Amphiamblys, ninu eyiti ajẹkù ES39L rRNA ko dinku 45.44 .-e).
Papọ, awọn data wọnyi ṣe atilẹyin imọran pe E. cuniculi ati o ṣee ṣe miiran microsporidia canonical ti wa ni agbara lati mu daradara mu awọn nọmba nla ti awọn metabolites kekere ninu eto ribosome lati sanpada fun idinku ninu rRNA ati awọn ipele amuaradagba.Ni ṣiṣe bẹ, wọn ti ṣe idagbasoke agbara alailẹgbẹ lati di awọn nucleotides ni ita ribosome, ti n fihan pe awọn ẹya molikula parasitic ṣe isanpada nipasẹ yiya awọn metabolites kekere lọpọlọpọ ati lilo wọn bi awọn afarawe igbekale ti RNA ibajẹ ati awọn ajẹkù amuaradagba..
Apa kẹta ti a ko ṣe afiwe ti maapu cryo-EM wa, ti a rii ni apakan ribosomal nla.Ipinnu giga ti o ga julọ (2.6 Å) ti maapu wa ni imọran pe iwuwo yii jẹ ti awọn ọlọjẹ pẹlu awọn akojọpọ alailẹgbẹ ti awọn iṣẹku ẹwọn ẹgbẹ nla, eyiti o fun wa laaye lati ṣe idanimọ iwuwo yii bi amuaradagba ribosomal ti a ko mọ tẹlẹ ti a damọ bi O jẹ orukọ msL2 (Microsporidia- amuaradagba pato L2) (awọn ọna, eeya 6).Iwadi homology wa fihan pe msL2 wa ni ipamọ ninu Microsporidia clade ti iwin Encephaliter ati Orosporidium, ṣugbọn ko si ni awọn eya miiran, pẹlu Microsporidia miiran.Ninu eto ribosomal, msL2 wa aafo kan ti o ṣẹda nipasẹ isonu ti ES31L rRNA ti o gbooro sii.Ninu ofo yii, msL2 n ṣe iranlọwọ fun imuduro kika rRNA ati pe o le sanpada fun isonu ti ES31L (Aworan 6).
iwuwo elekitironi ati awoṣe ti Microsporidia-pato ribosomal protein msL2 ti a rii ni E. cuniculi ribosomes.b Pupọ awọn ribosomes eukaryotic, pẹlu 80S ribosome ti Saccharomyces cerevisiae, ni ES19L rRNA ampilifaya ti sọnu ni ọpọlọpọ awọn eya Microsporidian.Ilana ti iṣeto tẹlẹ ti V. necatrix microsporidia ribosome ni imọran pe pipadanu ES19L ninu awọn parasites wọnyi jẹ isanpada nipasẹ itankalẹ ti amuaradagba ribosomal msL1 tuntun.Ninu iwadi yii, a rii pe E. cuniculi ribosome tun ṣe agbekalẹ afikun amuaradagba mimic ribosomal RNA gẹgẹbi isanpada ti o han gbangba fun isonu ti ES19L.Sibẹsibẹ, msL2 (ti a ṣe alaye lọwọlọwọ gẹgẹbi amuaradagba ECU06_1135) ati msL1 ni oriṣiriṣi igbekale ati awọn ipilẹṣẹ ti itiranya.c Awari ti iran ti itankalẹ ti ko ni ibatan msL1 ati msL2 awọn ọlọjẹ ribosomal ni imọran pe ti awọn ribosomes ba ṣajọpọ awọn iyipada ti o buruju ninu rRNA wọn, wọn le ṣaṣeyọri awọn ipele ti a ko tii ri tẹlẹ ti oniruuru akopọ ni paapaa ipin kekere ti eya ti o ni ibatan pẹkipẹki.Awari yii le ṣe iranlọwọ lati ṣalaye ipilẹṣẹ ati itankalẹ ti ribosome mitochondrial, eyiti o jẹ mimọ fun rRNA ti o dinku pupọ ati iyipada ajeji ninu akopọ amuaradagba kọja awọn eya.
Lẹhinna a ṣe afiwe amuaradagba msL2 pẹlu amuaradagba msL1 ti a ṣapejuwe tẹlẹ, amuaradagba microsporidia-pato ribosomal ti a mọ ni V. necatrix ribosome.A fẹ lati ṣe idanwo boya msL1 ati msL2 jẹ ibatan itankalẹ.Atupalẹ wa fihan pe msL1 ati msL2 wa ninu iho kanna ni ọna ribosomal, ṣugbọn ni oriṣiriṣi awọn ẹya akọkọ ati awọn ile-ẹkọ giga, eyiti o tọka si ipilẹṣẹ itiranya ominira wọn (Fig. 6).Nitorinaa, iṣawari wa ti msL2 n pese ẹri pe awọn ẹgbẹ ti awọn eya eukaryotic iwapọ le ni ominira dada awọn ọlọjẹ ribosomal ti igbekale lati sanpada fun isonu ti awọn ajẹkù rRNA.Wiwa yii jẹ ohun akiyesi ni pe ọpọlọpọ awọn ribosomes eukaryotic cytoplasmic ni amuaradagba ti ko yipada, pẹlu idile kanna ti awọn ọlọjẹ ribosomal 81.Ifarahan msL1 ati msL2 ni ọpọlọpọ awọn ipele ti microsporidia ni idahun si ipadanu ti awọn apakan rRNA ti o gbooro ni imọran pe ibajẹ ti faaji molikula parasite nfa parasites lati wa awọn iyipada isanpada, eyiti o le bajẹ ja si gbigba wọn ni oriṣiriṣi awọn olugbe parasite.awọn ẹya.
Nikẹhin, nigbati awoṣe wa ti pari, a ṣe afiwe akojọpọ ti E. cuniculi ribosome pẹlu eyiti a sọtẹlẹ lati ọna-ara-ara.Ọpọlọpọ awọn ọlọjẹ ribosomal, pẹlu eL14, eL38, eL41, ati eS30, ni a ti ro tẹlẹ pe wọn nsọnu lati inu genome E. cuniculi nitori aipe ti awọn homologues wọn lati inu genome E. cuniculi.Pipadanu ti ọpọlọpọ awọn ọlọjẹ ribosomal tun jẹ asọtẹlẹ ni pupọ julọ awọn parasites intracellular miiran ti o dinku pupọ ati awọn endosymbionts.Fun apẹẹrẹ, botilẹjẹpe ọpọlọpọ awọn kokoro arun ti o laaye laaye ni idile kanna ti awọn ọlọjẹ ribosomal 54, 11 nikan ninu awọn idile amuaradagba wọnyi ni awọn homologues ti a rii ni jiini kọọkan ti a ṣe itupalẹ ti awọn kokoro arun ti o ni ihamọ ogun.Ni atilẹyin imọran yii, ipadanu ti awọn ọlọjẹ ribosomal ti ṣe akiyesi ni idanwo ni V. necatrix ati P. locustae microsporidia, eyiti ko ni awọn ọlọjẹ eL38 ati eL4131,32.
Sibẹsibẹ, awọn ẹya wa fihan pe eL38, eL41, ati eS30 nikan ni o sọnu ni E. cuniculi ribosome.Awọn amuaradagba eL14 ti wa ni ipamọ ati pe eto wa fihan idi ti a ko le rii amuaradagba yii ni wiwa homology (Fig. 7).Ninu E. cuniculi ribosomes, pupọ julọ aaye isọmọ eL14 ti sọnu nitori ibajẹ ti ES39L ti o ni imudara rRNA.Ni aini ti ES39L, eL14 padanu pupọ julọ ti eto ile-ẹkọ keji, ati pe 18% nikan ti ọna eL14 jẹ aami kanna ni E. cuniculi ati S. cerevisiae.Itọju lẹsẹsẹ ti ko dara yii jẹ iyalẹnu nitori paapaa Saccharomyces cerevisiae ati Homo sapiens — awọn ohun alumọni ti o wa ni 1.5 bilionu ọdun yato si — pin diẹ sii ju 51% ti awọn iṣẹku kanna ni eL14.Pipadanu ifipamọ ailorukọ yii ṣe alaye idi ti E. cuniculi eL14 ti jẹ asọye lọwọlọwọ bi amuaradagba putative M970_061160 kii ṣe bi amuaradagba eL1427 ribosomal.
ati Microsporidia ribosome padanu itẹsiwaju ES39L rRNA, eyiti o yọkuro apakan eL14 ribosomal amuaradagba aaye.Ni isansa ti ES39L, amuaradagba eL14 microspore n gba ipadanu ti eto ile-ẹkọ keji, ninu eyiti rRNA-binding α-helix atijọ ti bajẹ sinu lupu gigun ti o kere ju.b Titete lẹsẹsẹ ọpọ fihan pe amuaradagba eL14 jẹ itọju gaan ni awọn eya eukaryotic (57% idanimọ ọkọọkan laarin iwukara ati awọn homologues eniyan), ṣugbọn ti ko tọju ati iyatọ ninu microsporidia (ninu eyiti ko ju 24% awọn iyokù jẹ aami si eL14 homologue).lati S. cerevisiae tabi H. sapiens).Itoju itọka ti ko dara yii ati iyipada igbekalẹ keji ṣe alaye idi ti eL14 homologue ko tii rii ni E. cuniculi ati idi ti a fi ro pe amuaradagba yii ti sọnu ni E. cuniculi.Ni idakeji, E. cuniculi eL14 jẹ asọye tẹlẹ bi amuaradagba M970_061160 putative.Akiyesi yi ni imọran pe microsporidia genome diversity ti wa ni iṣiro lọwọlọwọ: diẹ ninu awọn Jiini ti a ro pe o sọnu ni microsporidia ni otitọ ti a tọju, botilẹjẹpe ni awọn fọọmu ti o yatọ pupọ;dipo, diẹ ninu awọn ti wa ni ro lati koodu fun microsporidia Jiini fun kokoro-kan pato awọn ọlọjẹ (fun apẹẹrẹ, awọn hypothetical amuaradagba M970_061160) kosi awọn koodu fun awọn orisirisi awọn ọlọjẹ ti a ri ni awọn eukaryotes miiran.
Wiwa yii daba pe denaturation rRNA le ja si ipadanu iyalẹnu ti itọju lẹsẹsẹ ni awọn ọlọjẹ ribosomal ti o wa nitosi, ti o jẹ ki a ko rii awọn ọlọjẹ wọnyi fun wiwa homology.Nitorinaa, a le ṣe apọju iwọn gangan ti ibajẹ molikula ninu awọn oganisimu kekere ti jiini, niwọn bi diẹ ninu awọn ọlọjẹ ti a ro pe o sọnu duro nitootọ, botilẹjẹpe ni awọn fọọmu ti o yipada pupọ.
Bawo ni awọn parasites ṣe le ṣe idaduro iṣẹ ti awọn ẹrọ molikula wọn labẹ awọn ipo ti idinku jiinidi pupọ?Iwadii wa dahun ibeere yii nipa ṣiṣe apejuwe ọna kika molikula ti o nipọn (ribosome) ti E. cuniculi, ohun-ara kan pẹlu ọkan ninu awọn genomes eukaryotic ti o kere julọ.
O ti mọ fun ọdun meji ọdun pe awọn amuaradagba ati awọn ohun elo RNA ni awọn parasites microbial nigbagbogbo yatọ si awọn ohun elo isokan wọn ni awọn eya ti o laaye laaye nitori wọn ko ni awọn ile-iṣẹ iṣakoso didara, dinku si 50% ti iwọn wọn ni awọn microbes laaye, ati bẹbẹ lọ.ọpọlọpọ awọn iyipada alailagbara ti o ṣe ailagbara kika ati iṣẹ.Fun apẹẹrẹ, awọn ribosomes ti awọn oganisimu genome kekere, pẹlu ọpọlọpọ awọn parasites intracellular ati awọn endosymbionts, ni a nireti lati ko ni ọpọlọpọ awọn ọlọjẹ ribosomal ati to idamẹta ti awọn nucleotides rRNA ni akawe si awọn eya laaye laaye 27, 29, 30, 49. Bibẹẹkọ, ọna ti awọn ohun elo wọnyi ṣe n ṣiṣẹ ni awọn parasites ti o tobi pupọ.
Iwadii wa fihan pe iṣeto ti awọn macromolecules le ṣe afihan ọpọlọpọ awọn ẹya ti itankalẹ ti o nira lati yọkuro lati awọn iwadii jiini afiwera ibile ti awọn parasites intracellular ati awọn ohun alumọni ti o ni ihamọ ogun (Fig. 7).Fun apẹẹrẹ, apẹẹrẹ ti amuaradagba eL14 fihan pe a le ṣe apọju iwọn gangan ti ibajẹ ti ohun elo molikula ninu iru parasitic.Awọn parasites encephalitic ti wa ni bayi gbagbọ lati ni awọn ọgọọgọrun awọn jiini-microsporidia kan pato.Bibẹẹkọ, awọn abajade wa fihan pe diẹ ninu awọn jiini ti o dabi ẹnipe kan pato jẹ awọn iyatọ ti o yatọ pupọ ti awọn Jiini ti o wọpọ ni awọn eukaryotes miiran.Pẹlupẹlu, apẹẹrẹ ti amuaradagba msL2 fihan bawo ni a ṣe foju foju foju wo awọn ọlọjẹ ribosomal tuntun ati aibikita akoonu ti awọn ẹrọ molikula parasitic.Apẹẹrẹ ti awọn moleku kekere fihan bawo ni a ṣe le fojufojufojufojufojufojusi awọn imotuntun ti o ni ọgbọn julọ ninu awọn ẹya molikula parasitic ti o le fun wọn ni iṣẹ ṣiṣe tuntun.
Papọ, awọn abajade wọnyi mu oye wa pọ si ti awọn iyatọ laarin awọn ẹya molikula ti awọn ohun alumọni ti o ni ihamọ ogun ati awọn ẹlẹgbẹ wọn ninu awọn oganisimu laaye laaye.A fihan pe awọn ẹrọ molikula, ero igba pipẹ lati dinku, ibajẹ, ati koko-ọrọ si ọpọlọpọ awọn iyipada ailera, dipo ni eto ti awọn ẹya ara ẹrọ igbekalẹ dani aṣemáṣe.
Ni apa keji, awọn ajẹkù rRNA ti kii ṣe pupọ ati awọn ajẹkù ti a dapọ ti a ri ninu awọn ribosomes ti E. cuniculi daba pe idinku genome le yipada paapaa awọn ẹya ti ẹrọ molikula ipilẹ ti o wa ni ipamọ ni awọn agbegbe mẹta ti igbesi aye - lẹhin ti o fẹrẹ to 3.5 bilionu ọdun .ominira itankalẹ ti eya.
Awọn ajẹkù rRNA ti ko ni bulge ati ti o dapọ ni E. cuniculi ribosomes jẹ iwulo pataki si ina ti awọn ẹkọ iṣaaju ti awọn ohun elo RNA ninu awọn kokoro arun endosymbiotic.Fun apẹẹrẹ, ninu aphid endosymbiont Buchnera aphidicola, awọn rRNA ati awọn ohun elo tRNA ti han lati ni awọn ẹya ifaramọ iwọn otutu nitori aiṣedeede akopọ A + T ati ipin giga ti ipilẹ ipilẹ kii-canonical20,50.Awọn iyipada wọnyi ni RNA, ati awọn iyipada ninu awọn ohun elo amuaradagba, ni a ro pe o jẹ iduro fun igbẹkẹle ti awọn endosymbionts lori awọn alabaṣepọ ati ailagbara ti awọn endosymbionts lati gbe ooru 21, 23.Botilẹjẹpe parasitic microsporidia rRNA ni awọn ayipada ti o yatọ ni igbekale, iru awọn ayipada wọnyi ni imọran pe idinku iduroṣinṣin igbona ati igbẹkẹle ti o ga julọ lori awọn ọlọjẹ chaperone le jẹ awọn ẹya ti o wọpọ ti awọn ohun elo RNA ninu awọn ohun alumọni pẹlu awọn genomes dinku.
Ni apa keji, awọn ẹya wa fihan pe microsporidia parasite ti ṣe agbekalẹ agbara alailẹgbẹ lati koju rRNA ti o ni fifẹ ati awọn ajẹkù amuaradagba, ni idagbasoke agbara lati lo lọpọlọpọ ati awọn iṣelọpọ kekere ti o wa ni imurasilẹ bi awọn afarawe igbekale ti rRNA degenerate ati awọn ajẹkù amuaradagba.Idibajẹ igbekalẹ molikula..Ero yii ni atilẹyin nipasẹ otitọ pe awọn ohun elo kekere ti o sanpada fun isonu ti awọn ajẹkù amuaradagba ninu rRNA ati awọn ribosomes ti E. cuniculi sopọ mọ awọn iṣẹku kan pato microsporidia ninu awọn ọlọjẹ uL15 ati eL30.Eyi ṣe imọran pe sisopọ awọn ohun elo kekere si awọn ribosomes le jẹ ọja ti aṣayan rere, ninu eyiti a ti yan awọn iyipada ti Microsporidia-pato ninu awọn ọlọjẹ ribosomal fun agbara wọn lati mu isunmọ ribosomes pọ si fun awọn ohun elo kekere, eyiti o le ja si awọn ohun-ara ribosomal daradara siwaju sii.Awari naa ṣe afihan ĭdàsĭlẹ ọlọgbọn kan ninu eto molikula ti awọn parasites microbial ati fun wa ni oye ti o dara julọ ti bii awọn ẹya molikula parasite ṣe ṣetọju iṣẹ wọn laibikita itankalẹ idinku.
Ni lọwọlọwọ, idanimọ ti awọn moleku kekere wọnyi ko ṣiyemọ.Ko ṣe kedere idi ti ifarahan awọn ohun elo kekere wọnyi ni ọna ribosomal yatọ laarin awọn eya microsporidia.Ni pato, ko ṣe kedere idi ti a ṣe akiyesi abuda nucleotide ni awọn ribosomes ti E. cuniculi ati P. locustae, kii ṣe ni awọn ribosomes ti V. necatrix, pelu ifarahan ti F170 iyokù ninu eL20 ati K172 awọn ọlọjẹ ti V. necatrix.Iparẹ yii le fa nipasẹ aloku 43 uL6 (ti o wa nitosi apo abuda nucleotide), eyiti o jẹ tyrosine ni V. necatrix ati kii ṣe threonine ni E. cuniculi ati P. locustae.Ẹwọn ẹgbẹ oorun didun ti o tobi pupọ ti Tyr43 le dabaru pẹlu isopọmọ nucleotide nitori agbekọja sitẹriki.Ni omiiran, piparẹ nucleotide ti o han gbangba le jẹ nitori ipinnu kekere ti aworan cryo-EM, eyiti o ṣe idiwọ awoṣe ti V. necatrix ribosomal fragments.
Ni apa keji, iṣẹ wa ni imọran pe ilana ti ibajẹ genome le jẹ ipa ti o ṣẹda.Ni pato, iṣeto ti E. cuniculi ribosome ni imọran pe ipadanu ti rRNA ati awọn ajẹkù amuaradagba ninu microsporidia ribosome ṣẹda titẹ itankalẹ ti o ṣe igbelaruge awọn iyipada ninu ilana ribosome.Awọn iyatọ wọnyi waye ti o jinna si aaye ti nṣiṣe lọwọ ti ribosome ati pe o han lati ṣe iranlọwọ lati ṣetọju (tabi mu pada) apejọ ribosome to dara julọ ti yoo jẹ bibẹẹkọ jẹ idaru nipasẹ rRNA ti o dinku.Eyi ni imọran pe ĭdàsĭlẹ pataki kan ti microsporidia ribosome han pe o ti wa si iwulo lati fa fifalẹ jiini fiseete.
Boya eyi jẹ apejuwe ti o dara julọ nipasẹ isunmọ nucleotide, eyiti a ko ti ṣe akiyesi ni awọn ohun alumọni miiran titi di isisiyi.Otitọ pe awọn iṣẹku abuda nucleotide wa ni aṣoju microsporidia, ṣugbọn kii ṣe ni awọn eukaryotes miiran, daba pe awọn aaye abuda nucleotide kii ṣe awọn ohun elo ti nduro lati parẹ, tabi aaye ipari fun rRNA lati tun pada si irisi awọn nucleotides kọọkan.Dipo, aaye yii dabi ẹnipe ẹya ti o wulo ti o le ti wa lori ọpọlọpọ awọn iyipo ti yiyan rere.Awọn aaye abuda Nucleotide le jẹ nipasẹ-ọja ti yiyan adayeba: ni kete ti ES39L ti bajẹ, microsporidia ti fi agbara mu lati wa isanpada lati mu pada biogenesis ribosome ti aipe ni laisi ES39L.Niwọn igba ti nucleotide yii le ṣe afiwe awọn olubasọrọ molikula ti A3186 nucleotide ni ES39L, molecule nucleotide di ohun amorindun ile ti ribosome, asopọ eyiti o ni ilọsiwaju siwaju sii nipasẹ iyipada ti ọna eL30.
Nipa itankalẹ molikula ti awọn parasites intracellular, iwadi wa fihan pe awọn ipa ti yiyan adayeba Darwin ati jiini jiini ti ibajẹ jiini ko ṣiṣẹ ni afiwe, ṣugbọn oscillate.Ni akọkọ, jiini jiini yọkuro awọn ẹya pataki ti awọn ohun elo biomolecules, ṣiṣe isanpada nilo pupọ.Nikan nigbati awọn parasites ni itẹlọrun iwulo yii nipasẹ yiyan adayeba ti Darwin yoo ni aye macromolecules wọn lati ṣe idagbasoke awọn ami iwunilori ati imotuntun wọn julọ.Pataki, awọn itankalẹ ti nucleotide abuda ojula ni E. cuniculi ribosome ni imọran wipe yi ipadanu-si-ere Àpẹẹrẹ ti molikula itankalẹ ko nikan amortizes deleterious awọn iyipada, sugbon ma confers o šee igbọkanle titun awọn iṣẹ lori parasitic macromolecules.
Ero yii wa ni ibamu pẹlu imọran iwọntunwọnsi gbigbe Sewell Wright, eyiti o sọ pe eto ti o muna ti yiyan adayeba ṣe opin agbara awọn ohun alumọni lati ṣe innovate51,52,53.Bibẹẹkọ, ti jiini jiini ba fa yiyan ti ara ẹni jẹ, awọn drifts wọnyi le ṣe awọn ayipada ti ko ṣe adaṣe ninu ara wọn (tabi paapaa ti o buruju) ṣugbọn yori si awọn ayipada siwaju ti o pese amọdaju ti o ga julọ tabi iṣẹ ṣiṣe ti ẹda tuntun.Ilana wa ṣe atilẹyin imọran yii nipa ṣiṣe apejuwe pe iru iyipada kanna ti o dinku agbo ati iṣẹ ti biomolecule kan han lati jẹ okunfa akọkọ fun ilọsiwaju rẹ.Ni ila pẹlu awoṣe itankalẹ win-win, iwadi wa fihan pe ibajẹ jiini, ti aṣa ti wo bi ilana ibajẹ, tun jẹ awakọ pataki ti isọdọtun, nigbakan ati boya paapaa nigbagbogbo ngbanilaaye awọn macromolecules lati gba awọn iṣẹ parasitic tuntun.le lo wọn.