Tapadh leibh airson tadhal air Nature.com. Tha taic CSS cuibhrichte aig an dreach brabhsair a tha thu a’ cleachdadh. Airson an eòlas as fheàrr, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu brabhsair ùraichte (no gun cuir thu dheth Modh Co-chòrdalachd ann an Internet Explorer). Aig an aon àm, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, nì sinn an làrach-lìn gun stoidhlichean agus JavaScript.
Tha mean-fhàs pharasait meanbh-fhàs-bheairtean a’ toirt a-steach eadar-obrachadh eadar taghadh nàdarra, a bheir air parasaitean leasachadh, agus gluasad ginteil, a bheir air parasaitean ginean a chall agus mùthaidhean cronail a chruinneachadh. An seo, gus tuigse fhaighinn air mar a tha an eadar-obrachadh seo a’ tachairt air sgèile aon mhacramholaicul, tha sinn a’ toirt cunntas air structar crio-EM ribosome Encephalitozoon cuniculi, fàs-bheairt eukaryotic le aon de na genomes as lugha ann an nàdar. Tha atharrachaidhean structarail gun samhail an cois lùghdachadh mòr rRNA ann an ribosomes E. cuniculi, leithid mean-fhàs luchd-ceangail rRNA co-aonaichte nach robh aithnichte roimhe agus rRNA gun chnagan. A bharrachd air an sin, mhair ribosome E. cuniculi call bloighean is phròtainean rRNA le bhith a’ leasachadh a’ chomas moileciuilean beaga a chleachdadh mar atharrais structarail air bloighean is pròtainean rRNA truaillidh. Gu h-iomlan, tha sinn a’ sealltainn gu bheil grunn dhòighean-obrach dìolaidh aig structaran moileciuil a thathas a’ smaoineachadh o chionn fhada a bhith air an lughdachadh, air an crìonadh, agus fo ùmhlachd mùthaidhean lagachaidh a chumas iad gnìomhach a dh’ aindeoin giorrachaidhean moileciuil anabarrach.
Leis gu bheil innealan moileciuil sònraichte aig a’ mhòr-chuid de bhuidhnean de dh’fheòil-mhara gus na h-aoighean aca a chleachdadh, feumaidh sinn gu tric leigheasan eadar-dhealaichte a leasachadh airson diofar bhuidhnean de dh’fheòil-mhara1,2. Ach, tha fianais ùr a’ moladh gu bheil cuid de thaobhan de mean-fhàs dh’fheòil-mhara co-chruinneachaidh agus gu ìre mhòr ro-innseach, a’ nochdadh bunait a dh’fhaodadh a bhith ann airson eadar-theachdan leigheasach farsaing ann am feòl-mhara3,4,5,6,7,8,9.
Tha obair a rinneadh roimhe air gluasad mean-fhàsach cumanta a chomharrachadh ann am parasites meanbh-fhàs-bheairtean ris an canar lughdachadh genome no lobhadh genome10,11,12,13. Tha rannsachadh làithreach a’ sealltainn nuair a leigeas meanbh-fhàs-bheairtean seachad an dòigh-beatha shaor aca agus a thig iad gu bhith nan parasites intracellular (no endosymbionts), bidh na genomes aca a’ dol tro metamorphoses slaodach ach iongantach thar milleanan de bhliadhnaichean9,11. Ann am pròiseas ris an canar lobhadh genome, bidh parasites meanbh-fhàs-bheairtean a’ cruinneachadh mùthaidhean cronail a bhios ag atharrachadh mòran de ghinean a bha cudromach roimhe gu bhith nan pseudogenes, ag adhbhrachadh call gine mean air mhean agus tuiteam mùthaidh14,15. Faodaidh an tuiteam seo suas ri 95% de na ginean anns na fàs-bheairtean intracellular as sine a sgrios an taca ri gnèithean saor-bheò dlùth-cheangailte. Mar sin, tha mean-fhàs parasites intracellular na tharraing-cogaidh eadar dà fheachd a tha nan aghaidh: taghadh nàdarra Darwinian, a’ leantainn gu leasachadh parasites, agus tuiteam a’ genome, a’ tilgeil parasites gu dìochuimhne. Chan eil e soilleir ciamar a fhuair am parasite a-mach às an tarraing-cogaidh seo agus gnìomhachd a structar moileciuil a chumail.
Ged nach eil làn-thuigse air mar a lobhaidh an genome, tha e coltach gu bheil e a’ tachairt sa mhòr-chuid air sgàth gluasad ginteil tric. Leis gu bheil dìosganaich a’ fuireach ann an sluaghan beaga, neo-ghnèitheasach, agus le cuingealachaidhean ginteil, chan urrainn dhaibh cuir às gu h-èifeachdach do mùthaidhean cronail a bhios uaireannan a’ tachairt rè ath-riochdachadh DNA. Tha seo ag adhbhrachadh cruinneachadh neo-atharrachail de mùthaidhean cronail agus lùghdachadh genome a’ dhìosganaich. Mar thoradh air an sin, chan e a-mhàin gu bheil am dìosganach a’ call ginean nach eil riatanach tuilleadh airson a bhith beò san àrainneachd intracellular. Is e neo-chomas sluagh dìosganach cuir às gu h-èifeachdach do mùthaidhean cronail sporadach a tha ag adhbhrachadh gum bi na mùthaidhean sin a’ cruinneachadh air feadh a’ genome, a’ gabhail a-steach na ginean as cudromaiche aca.
Tha mòran den tuigse a th’ againn an-dràsta air lughdachadh genome stèidhichte a-mhàin air coimeasan de shreathan genome, le nas lugha de aire do atharrachaidhean ann am moileciuilean fhèin a bhios a’ coileanadh dhleastanasan gleidhidh-taighe agus a tha nan targaidean dhrogaichean a dh’fhaodadh a bhith ann. Tha sgrùdaidhean coimeasach air sealltainn gu bheil e coltach gu bheil eallach mùthaidhean meanbh-fhàs-bheairtean intracellular cronail a’ toirt air pròtainean agus searbhagan niuclasach pasgadh gu ceàrr agus cruinneachadh, gan dèanamh nas eisimeil air chaperone agus nas mothachaile air teas19,20,21,22,23. A bharrachd air an sin, tha diofar pharasaitean - mean-fhàs neo-eisimeileach uaireannan air an sgaradh le suas ri 2.5 billean bliadhna - air call coltach ri ionadan smachd càileachd fhaicinn anns na dòighean-obrach co-chur pròtain5,6 agus càraidh DNA24 aca. Ach, chan eil mòran fiosrachaidh againn mu bhuaidh dòigh-beatha intracellular air a h-uile feart eile de macromolecules ceallach, a’ gabhail a-steach atharrachadh moileciuil gu eallach a tha a’ sìor fhàs de mùthaidhean cronail.
Anns an obair seo, gus tuigse nas fheàrr fhaighinn air mean-fhàs phròtainean agus aigéid niuclasach meanbh-fhàs-bheairtean intracellular, rinn sinn co-dhùnadh air structar ribosoman a’ pharasait intracellular Encephalitozoon cuniculi. Tha E. cuniculi na fhàs-bheairt coltach ri fungas a bhuineas do bhuidheann de microsporidia parasait aig a bheil genomes eukaryotic neo-àbhaisteach beag agus mar sin thathas gan cleachdadh mar fhàs-bheairtean modail gus sgrùdadh a dhèanamh air lobhadh genome25,26,27,28,29,30. O chionn ghoirid, chaidh structar ribosome crio-EM a dhearbhadh airson genomes meadhanach lùghdaichte de Microsporidia, Paranosema locustae, agus Vairimorpha necatrix31,32 (~3.2 Mb genome). Tha na structaran seo a’ moladh gu bheil call cuid de leudachadh rRNA air a dhìoladh le leasachadh cheanglaichean ùra eadar pròtainean ribosomal faisg air làimh no togail phròtainean ribosomal msL131,32 ùra. Tha na gnèithean Encephalitozoon (genome ~2.5 millean bp), còmhla ris an càirdean as dlùithe aca Ordospora, a’ sealltainn an ìre as àirde de lughdachadh genome ann an eukaryotes – tha nas lugha na 2000 gine a bhios a’ còdadh pròtain aca, agus thathar an dùil nach e a-mhàin gu bheil pìosan leudachaidh rRNA aig na ribosoman aca (bloighean rRNA a tha a’ sgaradh ribosoman eukaryotic bho ribosoman bacterial) ach cuideachd gu bheil ceithir pròtainean ribosomal aca air sgàth dìth homologues ann an genome E. cuniculi26,27,28. Mar sin, cho-dhùin sinn gum faod ribosome E. cuniculi ro-innleachdan nach robh aithnichte roimhe seo fhoillseachadh airson atharrachadh moileciuil gu lobhadh genome.
Tha an structar crio-EM againn a’ riochdachadh an ribosome siotoplasmach eukaryotic as lugha a chaidh a chomharrachadh agus a’ toirt sealladh air mar a bheir an ìre mu dheireadh de lughdachadh genome buaidh air structar, cruinneachadh agus mean-fhàs an inneil mhóileciuil a tha riatanach don chill. Fhuair sinn a-mach gu bheil ribosome E. cuniculi a’ briseadh mòran de na prionnsapalan a tha air an glèidheadh ​​​​gu farsaing de phasgadh RNA agus cruinneachadh ribosome, agus lorg sinn pròtain ribosomal ùr, nach robh aithnichte roimhe. Gu math ris nach robh dùil, tha sinn a’ sealltainn gu bheil ribosomes microsporidia air an comas ceangal ri moileciuilean beaga a leasachadh, agus tha sinn a’ gabhail ris gu bheil gearraidhean ann an rRNA agus pròtainean ag adhbhrachadh innleachdan mean-fhàsach a dh’ fhaodadh feartan feumail a thoirt don ribosome mu dheireadh.
Gus ar tuigse air mean-fhàs phròtainean agus aigéid niuclasach ann am fàs-bheairtean intracellular a leasachadh, chuir sinn romhainn spòran E. cuniculi a sgaradh bho chultaran de cheallan mamalan gabhaltach gus na ribosoman aca a ghlanadh agus structar nan ribosoman sin a dhearbhadh. Tha e duilich àireamh mhòr de microsporidia dìosganach fhaighinn leis nach urrainnear microsporidia a chultarachadh ann am meadhan beathachaidh. An àite sin, bidh iad a’ fàs agus ag at-riochdachadh a-mhàin taobh a-staigh cealla an aoigh. Mar sin, gus bith-mhais E. cuniculi fhaighinn airson glanadh ribosome, ghabh sinn an loidhne cealla dubhaig mamalan RK13 le spòran E. cuniculi agus chuir sinn na ceallan gabhaltach sin ann an àiteach airson grunn sheachdainean gus leigeil le E. cuniculi fàs agus iomadachadh. A’ cleachdadh monolayer cealla gabhaltach de mu leth mheatair ceàrnagach, bha sinn comasach air mu 300 mg de spòran Microsporidia a ghlanadh agus an cleachdadh gus ribosoman a sgaradh. An uairsin bhris sinn na spòran glan le grìogagan glainne agus sgaradh sinn na ribosoman amh a’ cleachdadh roinneadh polyethylene glycol ceum air cheum de na lysates. Leig seo leinn timcheall air 300 µg de ribosoman E. cuniculi amh fhaighinn airson mion-sgrùdadh structarail.
An uairsin chruinnich sinn ìomhaighean crio-EM a’ cleachdadh nan sampallan ribosome a thàinig às agus phròiseas sinn na h-ìomhaighean seo a’ cleachdadh masgaichean a bha a’ freagairt ris an fho-aonad ribosomal mòr, ceann an fho-aonaid bhig, agus an fho-aonad beag. Rè a’ phròiseis seo, chruinnich sinn ìomhaighean de mu 108,000 gràin ribosomal agus rinn sinn àireamhachadh air ìomhaighean crio-EM le rùn de 2.7 Å (Figearan a bharrachd 1-3). An uairsin chleachd sinn ìomhaighean crioEM gus modaladh a dhèanamh de rRNA, pròtain ribosomal, agus factar cadal-geamhraidh Mdf1 co-cheangailte ri ribosomes E. cuniculi (Figear 1a, b).
a Structar ribosome E. cuniculi ann an co-thàthadh leis an fhactar cadal-geamhraidh Mdf1 (pdb id 7QEP). b Mapa den fhactar cadal-geamhraidh Mdf1 co-cheangailte ris an ribosome E. cuniculi. c Mapa structar àrd-sgoile a’ dèanamh coimeas eadar rRNA a chaidh fhaighinn air ais ann an gnèithean Microsporidian ri structaran ribosomal aithnichte. Tha na pannalan a’ sealltainn far a bheil na bloighean rRNA meudaichte (ES) agus làraichean gnìomhach ribosome, a’ gabhail a-steach an làrach dì-chòdaidh (DC), lùb sarcinicin (SRL), agus ionad peptidyl transferase (PTC). d Tha dùmhlachd nan dealanach a tha a’ freagairt ri ionad peptidyl transferase ribosome E. cuniculi a’ moladh gu bheil an aon structar aig an làrach catalaíseach seo anns a’ pharasait E. cuniculi agus na h-aoighean aige, a’ gabhail a-steach H. sapiens. e, f Tha dùmhlachd electron co-fhreagarrach an ionaid dì-chòdaidh (e) agus structar sgemataigeach an ionaid dì-chòdaidh (f) a’ nochdadh gu bheil fuigheallan U1491 aig E. cuniculi an àite A1491 (àireamhachadh E. coli) ann am mòran eukaryotes eile. Tha an t-atharrachadh seo a’ moladh gum faodadh E. cuniculi a bhith mothachail air antibiotics a tha ag amas air an làrach ghnìomhach seo.
An coimeas ris na structaran a chaidh a stèidheachadh roimhe de ribosoman V. necatrix agus P. locustae (tha an dà structar a’ riochdachadh an aon teaghlach microsporidia Nosematidae agus tha iad glè choltach ri chèile), bidh 31,32 ribosoman E. cuniculi a’ dol tro iomadh pròiseas de bhriseadh sìos rRNA agus pròtain. Dì-nàdarrachadh a bharrachd (Figearan a bharrachd 4-6). Ann an rRNA, bha na h-atharrachaidhean as iongantaiche a’ toirt a-steach call iomlan den phìos 25S rRNA leasaichte ES12L agus crìonadh pàirteach de helices h39, h41, agus H18 (Figear 1c, Figear a bharrachd 4). Am measg phròtainean ribosomach, bha na h-atharrachaidhean as iongantaiche a’ toirt a-steach call iomlan a’ phròtain eS30 agus giorrachadh nam pròtainean eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17, agus eS7 (Figearan a bharrachd 4, 5).
Mar sin, tha an lùghdachadh mòr ann an genomaichean ghnèithean Encephalotozoon/Ordospora ri fhaicinn anns an structar ribosome aca: is e ribosomes E. cuniculi a tha a’ fulang an call susbaint pròtain as drùidhtiche ann an ribosomes cytoplasmic eukaryotic fo ùmhlachd comharrachadh structarail, agus chan eil na rRNA agus na pìosan pròtain sin aca a tha air an glèidheadh ​​​​gu farsaing chan ann a-mhàin ann an eukaryotes, ach cuideachd anns na trì raointean beatha. Tha structar ribosome E. cuniculi a’ toirt seachad a’ chiad mhodail moileciuil airson na h-atharrachaidhean sin agus a’ nochdadh tachartasan mean-fhàsach a chaidh a dhearmad le genomics coimeasach agus sgrùdaidhean air structar bith-mholaciuil intracellular (Figear a bharrachd 7). Gu h-ìosal, tha sinn a’ toirt cunntas air gach aon de na tachartasan sin còmhla ris na tùsan mean-fhàsach a dh’ fhaodadh a bhith aca agus a’ bhuaidh a dh’ fhaodadh a bhith aca air gnìomh ribosome.
An uairsin fhuair sinn a-mach, a bharrachd air gearraidhean mòra rRNA, gu bheil atharrachaidhean rRNA aig ribosoman E. cuniculi aig aon de na làraichean gnìomhach aca. Ged a tha an aon structar aig ionad peptidyl transferase ribosome E. cuniculi ri ribosoman eukaryotic eile (Figear 1d), tha an t-ionad dì-chòdaidh eadar-dhealaichte air sgàth atharrachadh sreath aig nucleotide 1491 (àireamhachadh E. coli, Figear 1e, f). Tha an aire seo cudromach leis gu bheil làrach dì-chòdaidh ribosoman eukaryotic mar as trice a’ toirt a-steach fuigheallan G1408 agus A1491 an taca ri fuigheallan seòrsa bacterial A1408 agus G1491. Tha an t-atharrachadh seo mar bhunait don chugallachd eadar-dhealaichte aig ribosoman bacterial agus eukaryotic do theaghlach aminoglycoside de antibiotics ribosomal agus moileciuilean beaga eile a tha ag amas air an làrach dì-chòdaidh. Aig làrach dì-chòdaidh ribosome E. cuniculi, chaidh fuigheall A1491 a chuir an àite U1491, a’ cruthachadh eadar-aghaidh ceangail sònraichte airson moileciuilean beaga a tha ag amas air an làrach ghnìomhach seo. Tha an aon caochladh A14901 an làthair ann am microsporidia eile cuideachd leithid P. locustae agus V. necatrix, a’ moladh gu bheil e cumanta am measg ghnèithean microsporidia (Figear 1f).
Leis gun deach na sampallan ribosome E. cuniculi againn a sgaradh bho spòran neo-ghnìomhach gu metabolach, rinn sinn deuchainn air mapa crio-EM de E. cuniculi airson ceangal ribosome a chaidh a mhìneachadh roimhe fo chumhachan cuideam no acras. Factaran cadal-geamhraidh 31,32,36,37, 38. Rinn sinn co-chòrdadh eadar structar an ribosome cadal-geamhraidh a chaidh a stèidheachadh roimhe agus mapa crio-EM ribosome E. cuniculi. Airson docadh, chaidh ribosomes S. cerevisiae a chleachdadh ann an co-thàthadh le factar cadal-geamhraidh Stm138, ribosomes locust ann an co-thàthadh le factar Lso232, agus ribosomes V. necatrix ann an co-thàthadh le factaran Mdf1 agus Mdf231. Aig an aon àm, lorg sinn dùmhlachd crio-EM a bha a’ freagairt ris an fhactar fois Mdf1. Coltach ri Mdf1 a’ ceangal ris an ribosome V. necatrix, bidh Mdf1 cuideachd a’ ceangal ris an ribosome E. cuniculi, far a bheil e a’ bacadh làrach E an ribosome, is dòcha a’ cuideachadh le bhith a’ dèanamh ribosoman rim faighinn nuair a dh’fhàsas spòran dìosganach neo-ghnìomhach gu metabolach nuair a thèid an corp a dhì-ghnìomhachadh (Figear 2).
Bidh Mdf1 a’ bacadh làrach E an ribosome, rud a tha coltach gu bheil e a’ cuideachadh le bhith a’ dì-ghnìomhachadh an ribosome nuair a dh’fhàsas spòran dìosganach neo-ghnìomhach a thaobh metabolachd. Ann an structar ribosome E. cuniculi, fhuair sinn a-mach gu bheil Mdf1 a’ cruthachadh conaltradh nach robh aithnichte roimhe le gas ribosome L1, am pàirt den ribosome a bhios a’ comasachadh leigeil ma sgaoil tRNA dì-acetylated bhon ribosome rè co-chur pròtain. Tha na ceanglaichean seo a’ moladh gu bheil Mdf1 a’ dealachadh bhon ribosome a’ cleachdadh an aon dhòigh ri tRNA dì-acetylated, a’ toirt seachad mìneachadh a dh’ fhaodadh a bhith ann air mar a bheir an ribosome air falbh Mdf1 gus co-chur pròtain ath-ghnìomhachadh.
Ach, nochd an structar againn ceangal neo-aithnichte eadar Mdf1 agus cas ribosome L1 (am pàirt den ribosome a chuidicheas le bhith a’ leigeil ma sgaoil tRNA dì-acetylated bhon ribosome rè co-chur pròtain). Gu sònraichte, bidh Mdf1 a’ cleachdadh nan aon cheanglaichean ris an earrann uilinn den mholaciul tRNA dì-acetylated (Figear 2). Sheall am modaladh moileciuil seo, nach robh aithnichte roimhe, gu bheil Mdf1 a’ dealachadh bhon ribosome a’ cleachdadh an aon mheacanism ri tRNA dì-acetylated, a tha a’ mìneachadh mar a bheir an ribosome air falbh am bàillidh cadal-geamhraidh seo gus co-chur pròtain ath-ghnìomhachadh.
Nuair a bha sinn a’ togail modail an rRNA, fhuair sinn a-mach gu bheil pìosan rRNA fillte gu neo-àbhaisteach aig ribosome E. cuniculi, ris an can sinn rRNA co-leaghte (Figear 3). Ann an ribosoman a tha a’ dol thairis air trì raointean beatha, bidh rRNA a’ pasgadh ann an structaran anns am bi a’ mhòr-chuid de bhunaitean rRNA an dàrna cuid a’ paidhir bhunait agus a’ pasgadh le chèile no ag eadar-obrachadh le pròtainean ribosomal38,39,40. Ach, ann an ribosoman E. cuniculi, tha coltas gu bheil rRNAan a’ briseadh a’ phrionnsapail fillte seo le bhith ag atharrachadh cuid de na helices aca gu roinnean rRNA gun fhosgladh.
Structar helix rRNA H18 25S ann an S. cerevisiae, V. necatrix, agus E. cuniculi. Mar as trice, ann an ribosoman a’ dol thairis air na trì raointean beatha, bidh an ceangal seo a’ tionndadh gu bhith na helix RNA anns a bheil 24 gu 34 fuigheall. Ann am Microsporidia, an coimeas ri sin, tha an ceangal rRNA seo air a lughdachadh mean air mhean gu dà cheangal beairteach ann an uridine aon-shreangach anns nach eil ach 12 fuigheall. Tha a’ mhòr-chuid de na fuigheallan sin fosgailte do fhuasglaidhean. Tha an fhigear a’ sealltainn gu bheil coltas gu bheil microsporidia dìosganach a’ briseadh phrionnsabalan coitcheann pasgadh rRNA, far a bheil bunaitean rRNA mar as trice ceangailte ri bunaitean eile no an sàs ann an eadar-obrachaidhean rRNA-pròtain. Ann am microsporidia, bidh cuid de na criomagan rRNA a’ gabhail ri pasgadh mì-fhàbharach, anns am bi an helix rRNA a bh’ ann roimhe na phìos aon-shreangach air a leudachadh cha mhòr ann an loidhne dhìreach. Leigidh làthaireachd nan roinnean neo-àbhaisteach seo le rRNA microsporidia ceangal a dhèanamh ri criomagan rRNA fad às a’ cleachdadh àireamh bheag de bhunaitean RNA.
Chithear an eisimpleir as iongantaiche den atharrachadh mean-fhàsach seo ann an helix rRNA H18 25S (Figear 3). Ann an gnèithean bho E. coli gu daoine, tha 24-32 niùclasaid ann am bunaitean an helix rRNA seo, a’ cruthachadh helix beagan neo-riaghailteach. Ann an structaran ribosomach a chaidh a chomharrachadh roimhe bho V. necatrix agus P. locustae,31,32 tha bunaitean an helix H18 air an dì-fhilleadh gu ìre, ach tha paidhrichean bunait niùclasaid air an glèidheadh. Ach, ann an E. cuniculi, is e am pìos rRNA seo an luchd-ceangail as giorra 228UUUGU232 agus 301UUUUUUUUUU307. Eu-coltach ri pìosan rRNA àbhaisteach, chan eil na luchd-ceangail beairteach ann an uridine seo a’ lùbadh no a’ dèanamh conaltradh farsaing le pròtainean ribosomach. An àite sin, bidh iad a’ gabhail ri structaran fosgailte le fuasgladh agus làn-fhillte anns a bheil na dualan rRNA air an leudachadh cha mhòr dìreach. Tha an co-chruthachadh sìnte seo a’ mìneachadh mar a bhios E. cuniculi a’ cleachdadh dìreach 12 bunait RNA gus am beàrn 33 Å eadar na helices rRNA H16 agus H18 a lìonadh, agus feumaidh gnèithean eile co-dhiù dà uiread de bhunait rRNA gus am beàrn a lìonadh.
Mar sin, is urrainn dhuinn a dhearbhadh, tro phasgadh mì-fhàbharach a thaobh lùtha, gu bheil microsporidia dìosganach air ro-innleachd a leasachadh gus eadhon na h-earrannan rRNA sin a tha fhathast glèidhte gu farsaing thar ghnèithean anns na trì raointean beatha a chùmhnantachadh. A rèir choltais, le bhith a’ cruinneachadh mùthaidhean a bhios ag atharrachadh helices rRNA gu ceanglaichean poly-U goirid, faodaidh E. cuniculi mìrean rRNA neo-àbhaisteach a chruthachadh anns a bheil cho beag de niùclasiotidean ’s as urrainn airson ceangal mìrean rRNA distal. Tha seo a’ cuideachadh le bhith a’ mìneachadh mar a choilean microsporidia lùghdachadh mòr anns an structar moileciuil bunaiteach aca gun a bhith a’ call an ionracas structarail is gnìomhach.
Is e feart neo-àbhaisteach eile de rRNA E. cuniculi coltas rRNA gun thiughadan (Figear 4). Is e niùclasaidean gun chàraidean bonn a th’ ann am beàrnan a bhios a’ tionndadh a-mach às an helix RNA an àite a bhith falaichte ann. Bidh a’ mhòr-chuid de na h-oirean rRNA ag obair mar ghreamaichean moileciuil, a’ cuideachadh le bhith a’ ceangal phròtainean ribosomach faisg air làimh no pìosan rRNA eile. Bidh cuid de na beàrnan ag obair mar lùdagan, a’ leigeil leis an helix rRNA lùbadh agus pasgadh gu h-iomchaidh airson co-chur pròtain cinneasach 41.
a Chan eil bruthadh rRNA (àireamhachadh S. cerevisiae) ann an structar ribosome E. cuniculi, ach tha e an làthair anns a’ mhòr-chuid de eukaryotes eile b E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens, agus E. cuniculi ribosomes a-staigh. Chan eil mòran de na cnapan rRNA àrsaidh, a tha air an glèidheadh ​​gu mòr, aig na dìosganaich. Bidh na tiughadan sin a’ daingneachadh structar an ribosome; mar sin, tha an neo-làthaireachd ann am microsporidia a’ nochdadh gu bheil pasgadh rRNA nas lugha seasmhach ann am dìosganaich microsporidia. Tha coimeas le gasan P (gasan L7/L12 ann am bacteria) a’ sealltainn gu bheil call chnapan rRNA uaireannan a’ tighinn còmhla ri coltas chnapan ùra ri taobh nan cnapan caillte. Tha cnap àrsaidh aig an helix H42 anns an rRNA 23S/28S) a thathas a’ meas a bhith co-dhiù 3.5 billean bliadhna a dh'aois air sgàth a dhìon ann an trì raointean de bheatha. Ann am microsporidia, tha an cnap seo air a thoirt air falbh. Ach, nochd cnap ùr ri taobh a’ chnap a chaidh air chall (A1306 ann an E. cuniculi).
Gu h-iongantach, fhuair sinn a-mach nach eil a’ mhòr-chuid de na cnapan rRNA a lorgar ann an gnèithean eile aig ribosoman E. cuniculi, a’ gabhail a-steach còrr is 30 cnapan a tha air an gleidheadh ​​ann an eukaryotes eile (Figear 4a). Tha an call seo a’ cuir às do mhòran cheanglaichean eadar fo-aonadan ribosomach agus helices rRNA faisg air làimh, uaireannan a’ cruthachadh beàrnan mòra falamh taobh a-staigh an ribosome, a’ dèanamh ribosome E. cuniculi nas porous an taca ri ribosomes nas traidiseanta (Figear 4b). Gu sònraichte, fhuair sinn a-mach gun deach a’ mhòr-chuid de na cnapan sin a chall cuideachd anns na structaran ribosome V. necatrix agus P. locustae a chaidh an comharrachadh roimhe, a chaidh dearmad a dhèanamh orra le mion-sgrùdaidhean structarail roimhe31,32.
Uaireannan bidh call chnapan rRNA an cois leasachadh chnapan ùra ri taobh a’ chnapan a chaidh a chall. Mar eisimpleir, tha cnap U1208 (ann an Saccharomyces cerevisiae) anns a’ ghas P ribosomach a mhair bho E. coli gu daoine agus mar sin thathar a’ meas gu bheil e 3.5 billean bliadhna a dh'aois. Rè co-chur pròtain, bidh am cnap seo a’ cuideachadh gas P gluasad eadar cumaidhean fosgailte is dùinte gus an urrainn don ribosome factaran eadar-theangachaidh fhastadh agus an lìbhrigeadh chun làraich ghnìomhach. Ann an ribosoman E. cuniculi, chan eil an tiughad seo ann; ge-tà, faodaidh tiughad ùr (G883) a tha suidhichte ann an trì paidhrichean bonn a-mhàin cur ri ath-nuadhachadh sùbailteachd as fheàrr gas P (Figear 4c).
Tha an dàta againn air rRNA gun chnagan a’ moladh nach eil lughdachadh rRNA air a chuingealachadh ri call eileamaidean rRNA air uachdar an ribosome, ach gum faodadh e cuideachd niùclas an ribosome a thoirt a-steach, a’ cruthachadh lochd moileciuil sònraichte do dhìosganach nach deach a mhìneachadh ann an ceallan saor-bheò.
Às dèidh dhuinn modaladh a dhèanamh de phròtainean ribosomach canònach agus rRNA, fhuair sinn a-mach nach urrainn do phàirtean ribosomach àbhaisteach mìneachadh a dhèanamh air na trì pàirtean den ìomhaigh crio-EM. Tha dhà de na pìosan seo nan moileciuilean beaga ann am meud (Figear 5, Figear a bharrachd 8). Tha a’ chiad earrann air a cheangal eadar na pròtainean ribosomach uL15 agus eL18 ann an suidheachadh a bhios mar as trice air a ghabhail leis a’ cheann-C de eL18, a tha air a ghiorrachadh ann an E. cuniculi. Ged nach urrainn dhuinn dearbh-aithne a’ mhóileciuil seo a dhearbhadh, tha meud agus cumadh an eilein dùmhlachd seo air a mhìneachadh gu math le làthaireachd mhóileciuilean spermidine. Tha a cheangal ris an ribosome air a dhaingneachadh le mùthaidhean sònraichte do microsporidia anns na pròtainean uL15 (Asp51 agus Arg56), a tha coltach gu bheil iad ag àrdachadh dàimh an ribosome airson a’ mhóileciuil bhig seo, oir leigidh iad le uL15 am moileciuil bheag a phasgadh a-steach do structar ribosomach. Figear a bharrachd 2). 8, dàta a bharrachd 1, 2).
Ìomhaighean crio-EM a’ sealltainn làthaireachd niùclasaid taobh a-muigh an ribose ceangailte ris an ribosome E. cuniculi. Anns an ribosome E. cuniculi, tha an niùclasaid seo san aon àite ris an niùclasaid 25S rRNA A3186 (àireamhachadh Saccharomyces cerevisiae) anns a’ mhòr-chuid de ribosoman eukaryotic eile. b Ann an structar ribosomal E. cuniculi, tha an niùclasaid seo suidhichte eadar na pròtainean ribosomal uL9 agus eL20, agus mar sin a’ daingneachadh a’ cheangail eadar an dà phròtain. cd mion-sgrùdadh glèidhteachais sreath eL20 am measg ghnèithean microsporidia. Tha craobh phylogenetic ghnèithean Microsporidia (c) agus co-thaobhadh ioma-sreath a’ phròtain eL20 (d) a’ sealltainn gu bheil fuigheallan ceangailteach niùclasaid F170 agus K172 air an glèidheadh ​​anns a’ mhòr-chuid de Microsporidia àbhaisteach, ach a-mhàin S. lophii, ach a-mhàin Microsporidia meurach tràth, a ghlèidh leudachadh rRNA ES39L. e Tha an fhigear seo a’ sealltainn nach eil na fuigheallan ceangailteach nucleotide F170 agus K172 an làthair ach ann an eL20 den ghìom microsporidia a chaidh a lughdachadh gu mòr, ach chan ann an eukaryotes eile. Gu h-iomlan, tha an dàta seo a’ moladh gu bheil ribosoman Microsporidian air làrach ceangail nucleotide a leasachadh a tha coltach gu bheil e a’ ceangal moileciuilean AMP agus gan cleachdadh gus eadar-obrachaidhean pròtain-pròtain a dhèanamh seasmhach anns an structar ribosomal. Tha glèidhteachas àrd na làraich ceangail seo ann am Microsporidia agus a neo-làthaireachd ann an eukaryotes eile a’ moladh gum faodadh an làrach seo buannachd mairsinn roghnach a thoirt do Microsporidia. Mar sin, chan eil coltas gu bheil am pòcaid ceangail nucleotide ann an ribosome microsporidia na fheart crìonaichte no na chruth deireannach de lobhadh rRNA mar a chaidh a mhìneachadh roimhe, ach na ùr-ghnàthachadh mean-fhàsach feumail a leigeas leis an ribosome microsporidia moileciuilean beaga a cheangal gu dìreach, gan cleachdadh mar bhlocaichean togail moileciuil. blocaichean togail airson ribosomes. Tha an lorg seo a’ dèanamh ribosome microsporidia mar an aon ribosome a tha aithnichte a bhios a’ cleachdadh aon nucleotide mar a bhloc togail structarail. f Slighe mean-fhàsach hipiteatach a tha air a thoirt bho cheangal nucleotide.
Tha an dàrna dùmhlachd cuideam moileciuil ìosal suidhichte aig an eadar-aghaidh eadar pròtainean ribosomal uL9 agus eL30 (Figear 5a). Chaidh an eadar-aghaidh seo a mhìneachadh roimhe seo ann an structar ribosome Saccharomyces cerevisiae mar làrach ceangail airson niùclasaid 25S de rRNA A3186 (pàirt de leudachadh rRNA ES39L)38. Chaidh a shealltainn ann an ribosoman P. locustae ES39L a tha air crìonadh, gu bheil an eadar-aghaidh seo a’ ceangal niùclasaid singilte neo-aithnichte 31, agus thathas a’ gabhail ris gur e cruth deireannach lùghdaichte de rRNA a th’ anns an niùclasaid seo, anns a bheil fad rRNA ~130-230 bonn. Tha ES39L air a lughdachadh gu niùclasaid singilte 32.43. Tha na h-ìomhaighean crio-EM againn a’ toirt taic don bheachd gum faodar dùmhlachd a mhìneachadh le niùclasaid. Ach, sheall an rùn nas àirde den structar againn gur e moileciuil extraribosomal a th’ anns an niùclasaid seo, is dòcha AMP (Figear 5a, b).
Dh’fhaighnich sinn an uairsin an robh an làrach ceangail niùclasaid a’ nochdadh anns an ribosome E. cuniculi no an robh e ann roimhe. Leis gu bheil ceangal niùclasaid air a mheadhanachadh sa mhòr-chuid leis na fuigheallan Phe170 agus Lys172 anns a’ phròtain ribosomal eL30, rinn sinn measadh air glèidhteachas nan fuigheallan sin ann an 4396 eukaryotes riochdachail. Mar a thachair le uL15 gu h-àrd, fhuair sinn a-mach gu bheil na fuigheallan Phe170 agus Lys172 air an glèidheadh ​​​​gu mòr ann am Microsporidia àbhaisteach a-mhàin, ach neo-làthaireach ann an eukaryotes eile, a’ gabhail a-steach Microsporidia neo-àbhaisteach Mitosporidium agus Amphiamblys, anns nach eil am pìos rRNA ES39L air a lughdachadh 44, 45, 46 (Figear 5c). -e).
Còmhla, tha an dàta seo a’ toirt taic don bheachd gu bheil E. cuniculi agus is dòcha microsporidia canònach eile air comas a leasachadh gus àireamhan mòra de mheitibilitean beaga a ghlacadh gu h-èifeachdach ann an structar an ribosome gus dìoladh a dhèanamh airson an crìonadh ann an ìrean rRNA agus pròtain. Le bhith a’ dèanamh seo, tha iad air comas sònraichte a leasachadh gus niùclasaidean a cheangal taobh a-muigh an ribosome, a’ sealltainn gu bheil structaran moileciuil dìosganach a’ dèanamh dìoladh le bhith a’ glacadh meitibilitean beaga pailt agus gan cleachdadh mar atharrais structarail air RNA agus mìrean pròtain a tha air an truailleadh.
An treas pàirt neo-shamhlaichte den mhapa crio-EM againn, a lorgar anns an fho-aonad ribosomal mòr. Tha an rùn caran àrd (2.6 Å) den mhapa againn a’ moladh gur ann le pròtainean le measgachaidhean sònraichte de fhuigheallan slabhraidh taobh mòra a tha an dùmhlachd seo, agus leig sin leinn an dùmhlachd seo a chomharrachadh mar phròtain ribosomal nach robh aithnichte roimhe a chomharraich sinn mar… Chaidh ainmeachadh mar msL2 (pròtain sònraichte do Microsporidia L2) (dòighean-obrach, figear 6). Sheall an rannsachadh homologaidh againn gu bheil msL2 air a ghleidheadh ​​ann an clade Microsporidia den ghnè Encephaliter agus Orosporidium, ach nach eil ann an gnèithean eile, a’ gabhail a-steach Microsporidia eile. Anns an structar ribosomal, tha msL2 a’ gabhail àite ann am beàrn a chaidh a chruthachadh le call an rRNA ES31L leudaichte. Anns a’ bheàrn seo, bidh msL2 a’ cuideachadh le bhith a’ daingneachadh pasgadh rRNA agus faodaidh e dìoladh a dhèanamh airson call ES31L (Figear 6).
a Dùmhlachd electron agus modail den phròtain ribosomal sònraichte do Microsporidia msL2 a lorgar ann an ribosoman E. cuniculi. b Tha leudachadh ES19L rRNA air chall anns a’ mhòr-chuid de ghnèithean Microsporidian aig a’ mhòr-chuid de ribosoman eukaryotic, a’ gabhail a-steach ribosome 80S Saccharomyces cerevisiae. Tha an structar a chaidh a stèidheachadh roimhe den ribosome V. necatrix microsporidia a’ moladh gu bheil call ES19L anns na dìosganaich sin air a dhìoladh le mean-fhàs a’ phròtain ribosomal ùr msL1. Anns an sgrùdadh seo, fhuair sinn a-mach gun do leasaich an ribosome E. cuniculi pròtain atharrais RNA ribosomal a bharrachd mar dhìoladh follaiseach airson call ES19L. Ach, tha tùsan structarail is mean-fhàsach eadar-dhealaichte aig msL2 (air a chomharrachadh an-dràsta mar am pròtain ECU06_1135 mac-meanmnach) agus msL1. c Tha an lorg seo air gineadh phròtainean ribosomach msL1 agus msL2 nach eil càirdeach gu mean-fhàsach a’ moladh ma chruinnicheas ribosoman mùthaidhean cronail san rRNA aca, gum faod iad ìrean gun samhail de dh’ iomadachd co-dhèanamh a choileanadh eadhon ann am fo-sheata bheag de ghnèithean dlùth-cheangailte. Dh’ fhaodadh an lorg seo cuideachadh le bhith a’ soilleireachadh tùs agus mean-fhàs ribosome mitochondrial, a tha aithnichte airson an rRNA a tha air a lùghdachadh gu mòr agus atharrachadh neo-àbhaisteach ann an co-dhèanamh pròtain thar ghnèithean.
An uairsin rinn sinn coimeas eadar am pròtain msL2 agus am pròtain msL1 a chaidh a mhìneachadh roimhe, an aon phròtain ribosomal sònraichte do microsporidia a tha aithnichte a lorgar anns an ribosome V. necatrix. Bha sinn airson deuchainn a dhèanamh a bheil msL1 agus msL2 càirdeach gu mean-fhàsach. Sheall an sgrùdadh againn gu bheil msL1 agus msL2 a’ gabhail thairis an aon chuas anns an structar ribosomal, ach gu bheil structaran bun-sgoile agus treas-ìre eadar-dhealaichte aca, a tha a’ nochdadh an tùs mean-fhàsach neo-eisimeileach (Figear 6). Mar sin, tha an lorg againn air msL2 a’ toirt fianais gum faod buidhnean de ghnèithean eukaryotic teann pròtainean ribosomal eadar-dhealaichte a leasachadh gu neo-eisimeileach gus dìoladh a dhèanamh airson call earrannan rRNA. Tha an lorg seo cudromach leis gu bheil pròtain neo-atharrachail anns a’ mhòr-chuid de ribosoman eukaryotic cytoplasmic, a’ gabhail a-steach an aon teaghlach de 81 pròtain ribosomal. Tha coltas msL1 agus msL2 ann an diofar chlades de microsporidia mar fhreagairt do chall earrannan rRNA leudaichte a’ moladh gu bheil crìonadh ailtireachd moileciuil a’ pharasait ag adhbhrachadh gum bi parasait a’ sireadh mùthaidhean dìolaidh, a dh’ fhaodadh mu dheireadh leantainn gu bhith gan togail ann an diofar shluagh parasait.
Mu dheireadh, nuair a bha ar modail deiseil, rinn sinn coimeas eadar co-dhèanamh ribosome E. cuniculi agus an rud a chaidh a ro-innse bhon t-sreath genome. Bhathas den bheachd roimhe seo gu robh grunn phròtainean ribosomal, nam measg eL14, eL38, eL41, agus eS30, a dhìth bho genome E. cuniculi air sgàth dìth follaiseach an co-chosmhailtean bho genome E. cuniculi. Tha call mòran phròtainean ribosomal cuideachd air a ro-innse anns a’ mhòr-chuid de pharasaitean intracellular agus endosymbionts eile a tha air an lughdachadh gu mòr. Mar eisimpleir, ged a tha an aon teaghlach de 54 pròtainean ribosomal anns a’ mhòr-chuid de bacteria saor-bheò, chan eil ach 11 de na teaghlaichean pròtain sin aig a bheil co-chosmhailtean a ghabhas lorg anns gach genome a chaidh a sgrùdadh de bacteria cuibhrichte leis an aoigh. Mar thaic don bheachd seo, chaidh call phròtainean ribosomal fhaicinn gu deuchainneach ann am microsporidia V. necatrix agus P. locustae, aig nach eil na pròtainean eL38 agus eL4131,32.
Ach, tha na structaran againn a’ sealltainn nach eil ach eL38, eL41, agus eS30 air chall ann an ribosome E. cuniculi. Chaidh am pròtain eL14 a ghleidheadh ​​agus sheall an structar againn carson nach b’ urrainnear am pròtain seo a lorg anns an rannsachadh homology (Figear 7). Ann an ribosomes E. cuniculi, tha a’ mhòr-chuid den làrach ceangail eL14 air chall air sgàth lobhadh an ES39L air a mheudachadh le rRNA. Às aonais ES39L, chaill eL14 a’ mhòr-chuid den structar àrd-sgoile aige, agus cha robh ach 18% den t-sreath eL14 co-ionann ann an E. cuniculi agus S. cerevisiae. Tha an droch ghleidheadh ​​​​sreath seo iongantach leis gu bheil eadhon Saccharomyces cerevisiae agus Homo sapiens - fàs-bheairtean a dh’fhàs 1.5 billean bliadhna bho chèile - a’ roinn còrr air 51% de na h-aon fhuigheallan ann an eL14. Tha an call neo-àbhaisteach seo air glèidhteachas a’ mìneachadh carson a tha E. cuniculi eL14 air a chomharrachadh an-dràsta mar am pròtain M970_061160 a tha fo amharas agus chan ann mar am pròtain ribosomal eL1427.
Agus chaill ribosome Microsporidia leudachadh rRNA ES39L, a chuir às gu ìre don làrach ceangail pròtain ribosomal eL14. Mura h-eil ES39L ann, bidh pròtain microspore eL14 a’ call structar àrd-sgoile, anns am bi an α-helix a bha ceangailte ri rRNA roimhe a’ crìonadh gu lùb de dh’fhaid as ìsle. ​​b Tha co-thaobhadh ioma-sreath a’ sealltainn gu bheil am pròtain eL14 air a ghleidheadh ​​​​gu mòr ann an gnèithean eukaryotic (57% dearbh-aithne sreath eadar homologues beirm agus daonna), ach air a ghleidheadh ​​​​gu dona agus eadar-dhealaichte ann am microsporidia (anns nach eil barrachd air 24% de na fuigheallan co-ionann ris an homologue eL14). bho S. cerevisiae no H. sapiens). Tha an droch ghleidheadh ​​​​sreath agus caochlaideachd structar àrd-sgoile seo a’ mìneachadh carson nach deach an homologue eL14 a lorg a-riamh ann an E. cuniculi agus carson a thathas a’ smaoineachadh gun deach am pròtain seo a chall ann an E. cuniculi. An coimeas ri sin, chaidh E. cuniculi eL14 a chomharrachadh roimhe seo mar phròtain M970_061160 a tha coltach. Tha an beachd seo a’ moladh gu bheil iomadachd genome microsporidia air a mheas ro àrd an-dràsta: tha cuid de ghinean a thathas a’ smaoineachadh a tha air chall ann am microsporidia air an glèidheadh, ged a tha iad ann an cruthan gu math eadar-dhealaichte; an àite sin, thathas a’ smaoineachadh gu bheil cuid a’ còdachadh airson ginean microsporidia airson pròtainean sònraichte do chnuimhean (me, tha am pròtain mac-meanmnach M970_061160) dha-rìribh a’ còdachadh airson na pròtainean glè eadar-mheasgte a lorgar ann an eukaryotes eile.
Tha an lorg seo a’ moladh gum faod dì-nàdarrachadh rRNA leantainn gu call mòr air glèidhteachas sreath ann am pròtainean ribosomach faisg air làimh, agus mar sin chan fhaighear na pròtainean sin airson rannsachaidhean co-chosmhail. Mar sin, is dòcha gun dèan sinn cus measadh air an ìre fhìor de mhilleadh moileciuil ann am fàs-bheairtean beaga genome, leis gu bheil cuid de phròtainean a thathas a’ smaoineachadh a chaidh a chall fhathast ann, ged a tha iad ann an cruthan air an atharrachadh gu mòr.
Ciamar as urrainn do dhìosganaich gnìomh an innealan moileciuil aca a chumail fo chumhachan lughdachadh mòr air a’ ghinòm? Tha an sgrùdadh againn a’ freagairt a’ cheist seo le bhith a’ toirt cunntas air structar moileciuil iom-fhillte (ribosome) E. cuniculi, fàs-bheairt leis an aon de na gineòman eukaryotic as lugha.
Tha fios airson faisg air dà dheichead gu bheil moileciuilean pròtain is RNA ann am meanbh-fhàs-bheairtean gu tric eadar-dhealaichte bho na moileciuilean co-chosmhail aca ann an gnèithean saor-bheò leis nach eil ionadan smachd càileachd aca, gu bheil iad air an lughdachadh gu 50% den mheud aca ann am meanbh-fhàs-bheairtean saor-bheò, msaa. . mòran mùthaidhean lagachaidh a chuireas bacadh air pasgadh agus gnìomh. Mar eisimpleir, thathar an dùil gum bi grunn phròtainean ribosomal agus suas ri trian de niùclasaidean rRNA gann ann an ribosoman fàs-bheairtean genome beaga, a’ gabhail a-steach mòran de dh’fheòil-mhara intracellular agus endosymbionts an taca ri gnèithean saor-bheò 27, 29, 30, 49. Ach, tha an dòigh anns a bheil na moileciuilean sin ag obair ann am meanbh-fhàs-bheairtean fhathast na dhìomhaireachd sa mhòr-chuid, air a sgrùdadh sa mhòr-chuid tro genomics coimeasach.
Tha an sgrùdadh againn a’ sealltainn gum faod structar macromholaciulan mòran thaobhan de mean-fhàs fhoillseachadh a tha duilich a thoirt a-mach à sgrùdaidhean genomic coimeasach traidiseanta air dìosganaich intracellular agus fàs-bheairtean eile le cuingealachaidhean aoigh (Figear a bharrachd 7). Mar eisimpleir, tha eisimpleir a’ phròtain eL14 a’ sealltainn gun urrainn dhuinn cus a dhèanamh de ìre fìor lobhadh an inneil mhóileciuil ann an gnèithean dìosganach. Thathas a-nis a’ creidsinn gu bheil ceudan de ghinean sònraichte do microsporidia aig dìosganaich encephalitic. Ach, tha na toraidhean againn a’ sealltainn nach eil ann an cuid de na ginean sin a tha coltach gu sònraichte ach atharrachaidhean gu math eadar-dhealaichte de ghinean a tha cumanta ann an eukaryotes eile. A bharrachd air an sin, tha eisimpleir a’ phròtain msL2 a’ sealltainn mar a tha sinn a’ dearmad pròtainean ribosomal ùra agus a’ dèanamh dì-meas air susbaint innealan moileciuil dìosganach. Tha eisimpleir nam moileciuilean beaga a’ sealltainn mar as urrainn dhuinn dearmad a dhèanamh air na h-innleachdan as innleachdaiche ann an structaran moileciuil dìosganach a dh’ fhaodadh gnìomhachd bhitheòlasach ùr a thoirt dhaibh.
Còmhla, tha na toraidhean seo a’ leasachadh ar tuigse air na h-eadar-dhealachaidhean eadar structaran moileciuil fàs-bheairtean le cuingealachaidhean aoigh agus an co-aoisean ann am fàs-bheairtean saor-bheò. Tha sinn a’ sealltainn gu bheil seata de fheartan structarail neo-àbhaisteach air an dearmad gu siostamach aig innealan moileciuil, air an robh dùil o chionn fhada gu bheil iad air an lughdachadh, air an crìonadh, agus fo ùmhlachd diofar mùthaidhean lagachaidh.
Air an làimh eile, tha na pìosan rRNA neo-mhòra agus na pìosan co-aonaichte a lorg sinn ann an ribosoman E. cuniculi a’ moladh gum faod lughdachadh genome eadhon na pàirtean sin den inneal moileciuil bunaiteach a tha air an glèidheadh ​​anns na trì raointean beatha atharrachadh – às dèidh faisg air 3.5 billean bliadhna de mean-fhàs neo-eisimeileach ghnèithean.
Tha na pìosan rRNA gun bholg agus ceangailte ann an ribosoman E. cuniculi gu sònraichte inntinneach ann an solas sgrùdaidhean a rinneadh roimhe air moileciuilean RNA ann am bacteria endosymbiotic. Mar eisimpleir, anns an endosymbiont aphid Buchnera aphidicola, chaidh a shealltainn gu bheil structaran mothachail air teòthachd aig moileciuilean rRNA agus tRNA air sgàth claonadh co-dhèanamh A + T agus cuibhreann àrd de chàraidean bonn neo-chanònach20,50. Thathas a-nis a’ smaoineachadh gu bheil na h-atharrachaidhean seo ann an RNA, a bharrachd air atharrachaidhean ann am moileciuilean pròtain, an urra ri cus eisimeileachd endosymbionts air com-pàirtichean agus neo-chomas endosymbionts teas a ghluasad21, 23. Ged a tha atharrachaidhean structarail eadar-dhealaichte aig rRNA microsporidia parasitic, tha nàdar nan atharrachaidhean seo a’ moladh gum faodadh seasmhachd teirmeach nas lugha agus eisimeileachd nas àirde air pròtainean chaperone a bhith nan feartan cumanta de moileciuilean RNA ann am fàs-bheairtean le genomes nas lugha.
Air an làimh eile, tha na structaran againn a’ sealltainn gu bheil microsporidia dìosganach air comas sònraichte a leasachadh gus seasamh an aghaidh mìrean rRNA agus pròtain a tha air an glèidheadh ​​gu farsaing, a’ leasachadh a’ chomas metabolites beaga pailt agus rim faighinn gu furasta a chleachdadh mar atharrais structarail air mìrean rRNA agus pròtain a tha air crìonadh. Crìonadh structar moileciuil. . Tha an fhìrinn seo air a chumail suas leis gu bheil moileciuilean beaga a bhios a’ dèanamh suas airson call mìrean pròtain ann an rRNA agus ribosomes E. cuniculi a’ ceangal ri fuigheallan sònraichte do microsporidia anns na pròtainean uL15 agus eL30. Tha seo a’ moladh gum faodadh ceangal moileciuilean beaga ri ribosomes a bhith na thoradh de thaghadh adhartach, anns an deach mùthaidhean sònraichte do Microsporidia ann am pròtainean ribosomal a thaghadh airson an comas dàimh ribosomes airson moileciuilean beaga a mheudachadh, a dh’ fhaodadh leantainn gu fàs-bheairtean ribosomal nas èifeachdaiche. Tha an lorg a’ nochdadh ùr-ghnàthachadh snasail ann an structar moileciuil dìosganach meanbh-fhàs-bheairtean agus a’ toirt tuigse nas fheàrr dhuinn air mar a chumas structaran moileciuil dìosganach an gnìomh a dh’ aindeoin mean-fhàs lùghdachail.
Aig an àm seo, chan eil e soilleir fhathast càit a bheil na moileciuilean beaga seo air an comharrachadh. Chan eil e soilleir carson a tha coltas nam moileciuilean beaga seo anns an structar ribosomal eadar-dhealaichte eadar gnèithean microsporidia. Gu sònraichte, chan eil e soilleir carson a chithear ceangal nucleotide ann an ribosomes E. cuniculi agus P. locustae, agus chan ann an ribosomes V. necatrix, a dh’aindeoin làthaireachd an fhuigheall F170 anns na pròtainean eL20 agus K172 de V. necatrix. Dh’fhaodadh an cuir às seo a bhith air adhbhrachadh le fuigheall 43 uL6 (suidhichte ri taobh pòcaid ceangail nucleotide), is e sin tyrosine ann an V. necatrix agus chan e threonine ann an E. cuniculi agus P. locustae. Faodaidh an t-sreath taobh cùbhraidh mòr de Tyr43 bacadh a chur air ceangal nucleotide air sgàth for-chòmhdach steric. Air an làimh eile, dh’fhaodadh an cuir às nucleotide follaiseach a bhith mar thoradh air rùn ìosal ìomhaighean crio-EM, a chuireas bacadh air modaladh bloighean ribosomal V. necatrix.
Air an làimh eile, tha an obair againn a’ moladh gum faodadh pròiseas lobhadh genome a bhith na fheachd innleachdach. Gu sònraichte, tha structar ribosome E. cuniculi a’ moladh gu bheil call rRNA agus bloighean pròtain anns an ribosome microsporidia a’ cruthachadh cuideam mean-fhàsach a bhrosnaicheas atharrachaidhean ann an structar ribosome. Tha na caochlaidhean sin a’ tachairt fada bho làrach ghnìomhach an ribosome agus tha coltas gu bheil iad a’ cuideachadh le bhith a’ cumail suas (no ag ath-nuadhachadh) cruinneachadh ribosome as fheàrr a bhiodh air a mhilleadh air dhòigh eile le rRNA lùghdaichte. Tha seo a’ moladh gu bheil coltas gu bheil prìomh ùr-ghnàthachadh ann an ribosome microsporidia air a thighinn gu bhith na fheum air gluasad gine a chasg.
’S dòcha gur e ceangal niùclasaid a tha a’ mìneachadh seo as fheàrr, rud nach fhacas a-riamh ann am fàs-bheairtean eile gu ruige seo. Tha an fhìrinn gu bheil fuigheallan ceangail niùclasaid an làthair ann am microsporidia àbhaisteach, ach chan ann an eukaryotes eile, a’ moladh nach e dìreach fuigheallan a tha a’ feitheamh ri dhol à bith a th’ ann an làraichean ceangail niùclasaid, no an làrach mu dheireadh airson rRNA a bhith air ath-nuadhachadh gu cruth niùclasaidean fa leth. An àite sin, tha an làrach seo coltach ri feart feumail a dh’ fhaodadh a bhith air a leasachadh thar grunn chuairtean de thaghadh adhartach. Is dòcha gur e fo-thoradh de thaghadh nàdarra a th’ ann an làraichean ceangail niùclasaid: aon uair ‘s gu bheil ES39L air a mhilleadh, feumaidh microsporidia dìoladh a shireadh gus bith-ghinealach ribosome as fheàrr ath-nuadhachadh às aonais ES39L. Leis gum faod an niùclasaid seo na ceanglaichean moileciuil den niùclasaid A3186 ann an ES39L ath-aithris, bidh am moileciuil niùclasaid na bhloc togail den ribosome, agus tha a cheangal air a leasachadh nas motha le mùthadh sreath eL30.
A thaobh mean-fhàs moileciuil pharasaitean intracellular, tha an sgrùdadh againn a’ sealltainn nach eil feachdan taghadh nàdarra Darwinian agus gluasad ginteil lobhadh genome ag obair aig an aon àm, ach a’ crathadh. An toiseach, bidh gluasad ginteil a’ cuir às do fheartan cudromach de bhith-mholaciuilean, a’ dèanamh dìoladh gu mòr a dhìth. Is ann dìreach nuair a choinnicheas parasaitean ris a’ fheum seo tro thaghadh nàdarra Darwinian a bhios cothrom aig na macromolaciuilean aca na feartan as drùidhtiche agus as ùr-ghnàthach aca a leasachadh. Gu cudromach, tha mean-fhàs làraichean ceangail niucleotide ann an ribosome E. cuniculi a’ moladh nach e a-mhàin gu bheil am pàtran call-gu-buannachd seo de mean-fhàs moileciuil a’ lughdachadh mùthaidhean cronail, ach uaireannan a’ toirt gnìomhan gu tur ùr do mhacromolaciuilean parasait.
Tha am beachd seo a rèir teòiridh cothromachadh gluasadach Sewell Wright, a tha ag ràdh gu bheil siostam teann de thaghadh nàdarra a’ cuingealachadh comas fàs-bheairtean ùr-ghnàthachadh a dhèanamh51,52,53. Ach, ma chuireas gluasad ginteil dragh air taghadh nàdarra, faodaidh na gluasadan sin atharrachaidhean a thoirt gu buil nach eil annta fhèin atharrachail (no eadhon cronail) ach a bheir gu atharrachaidhean a bharrachd a bheir seachad fallaineachd nas àirde no gnìomhachd bhitheòlasach ùr. Tha an frèam-obrach againn a’ toirt taic don bheachd seo le bhith a’ sealltainn gur e an aon sheòrsa mùthaidh a lughdaicheas fillte agus gnìomh bith-mholacile am prìomh adhbhar airson a leasachadh. A rèir a’ mhodail mean-fhàs buannachadh, tha an sgrùdadh againn a’ sealltainn gu bheil lobhadh genome, air a mheas gu traidiseanta mar phròiseas crìonadh, cuideachd na phrìomh dhraibhear ùr-ghnàthachaidh, uaireannan agus is dòcha eadhon gu tric a’ leigeil le macromolacile gnìomhan dìosganach ùra fhaighinn. as urrainn an cleachdadh.