Nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર. તમે જે બ્રાઉઝર વર્ઝનનો ઉપયોગ કરી રહ્યા છો તેમાં મર્યાદિત CSS સપોર્ટ છે. શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે અપડેટેડ બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા ઇન્ટરનેટ એક્સપ્લોરરમાં સુસંગતતા મોડને અક્ષમ કરો). તે દરમિયાન, સતત સપોર્ટ સુનિશ્ચિત કરવા માટે, અમે સાઇટને સ્ટાઇલ અને JavaScript વિના રેન્ડર કરીશું.
માઇક્રોબાયલ પરોપજીવીઓના ઉત્ક્રાંતિમાં કુદરતી પસંદગી વચ્ચે પ્રતિક્રમણનો સમાવેશ થાય છે, જેના કારણે પરોપજીવીઓમાં સુધારો થાય છે, અને આનુવંશિક પ્રવાહ, જેના કારણે પરોપજીવીઓ જનીનો ગુમાવે છે અને હાનિકારક પરિવર્તનો એકઠા કરે છે. અહીં, એક જ મેક્રોમોલેક્યુલના સ્કેલ પર આ પ્રતિક્રમણ કેવી રીતે થાય છે તે સમજવા માટે, અમે એન્સેફાલિટોઝૂન ક્યુનિક્યુલીના રિબોઝોમની ક્રાયો-EM રચનાનું વર્ણન કરીએ છીએ, જે પ્રકૃતિમાં સૌથી નાના જીનોમમાંથી એક ધરાવતો યુકેરીયોટિક સજીવ છે. E. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમમાં rRNAનો ભારે ઘટાડો અભૂતપૂર્વ માળખાકીય ફેરફારો સાથે છે, જેમ કે અગાઉ અજાણ્યા ફ્યુઝ્ડ rRNA લિંકર્સ અને બલ્જેસ વિના rRNAનો ઉત્ક્રાંતિ. વધુમાં, E. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમ rRNA ટુકડાઓ અને પ્રોટીનના નુકસાનમાંથી બચી ગયો, નાના અણુઓનો ઉપયોગ ડિગ્રેડેડ rRNA ટુકડાઓ અને પ્રોટીનના માળખાકીય અનુકરણ તરીકે કરવાની ક્ષમતા વિકસાવી. એકંદરે, અમે બતાવીએ છીએ કે લાંબા સમયથી માનવામાં આવતા પરમાણુ માળખાંમાં ઘટાડો, અધોગતિ અને કમજોર પરિવર્તનોને આધિન અનેક વળતર આપતી પદ્ધતિઓ હોય છે જે ભારે પરમાણુ સંકોચન છતાં તેમને સક્રિય રાખે છે.
મોટાભાગના માઇક્રોબાયલ પરોપજીવીઓના જૂથો પાસે તેમના યજમાનોનું શોષણ કરવા માટે અનન્ય પરમાણુ સાધનો હોય છે, તેથી આપણે ઘણીવાર પરોપજીવીઓના વિવિધ જૂથો માટે અલગ અલગ ઉપચાર પદ્ધતિઓ વિકસાવવા પડે છે1,2. જો કે, નવા પુરાવા સૂચવે છે કે પરોપજીવી ઉત્ક્રાંતિના કેટલાક પાસાઓ એકરૂપ અને મોટાભાગે અનુમાનિત છે, જે માઇક્રોબાયલ પરોપજીવીઓમાં વ્યાપક ઉપચારાત્મક હસ્તક્ષેપો માટે સંભવિત આધાર સૂચવે છે3,4,5,6,7,8,9.
અગાઉના કાર્યમાં જીનોમ રિડક્શન અથવા જીનોમ ડિકેસી નામના માઇક્રોબાયલ પરોપજીવીઓમાં એક સામાન્ય ઉત્ક્રાંતિ વલણ ઓળખાયું છે10,11,12,13. વર્તમાન સંશોધન દર્શાવે છે કે જ્યારે સુક્ષ્મસજીવો તેમની મુક્ત-જીવંત જીવનશૈલી છોડી દે છે અને અંતઃકોશિક પરોપજીવી (અથવા એન્ડોસિમ્બિઓન્ટ્સ) બને છે, ત્યારે તેમના જીનોમ લાખો વર્ષોથી ધીમા પરંતુ અદ્ભુત રૂપાંતરમાંથી પસાર થાય છે9,11. જીનોમ ડિકેસી તરીકે ઓળખાતી પ્રક્રિયામાં, માઇક્રોબાયલ પરોપજીવી હાનિકારક પરિવર્તનો એકઠા કરે છે જે ઘણા પહેલાના મહત્વપૂર્ણ જનીનોને સ્યુડોજીનમાં ફેરવે છે, જેના કારણે ધીમે ધીમે જનીન નુકશાન અને પરિવર્તનીય પતન થાય છે14,15. આ પતન નજીકથી સંબંધિત મુક્ત-જીવંત પ્રજાતિઓની તુલનામાં સૌથી જૂના અંતઃકોશિક સજીવોમાં 95% જેટલા જનીનોનો નાશ કરી શકે છે. આમ, અંતઃકોશિક પરોપજીવીઓનું ઉત્ક્રાંતિ બે વિરોધી દળો વચ્ચેનો ટગ-ઓફ-વોર છે: ડાર્વિનિયન કુદરતી પસંદગી, જે પરોપજીવીઓમાં સુધારો તરફ દોરી જાય છે, અને જીનોમનું પતન, પરોપજીવીઓને વિસ્મૃતિમાં ફેંકી દે છે. પરોપજીવી આ ટગ-ઓફ-વોરમાંથી કેવી રીતે બહાર નીકળવામાં અને તેના પરમાણુ માળખાની પ્રવૃત્તિ જાળવી રાખવામાં સફળ રહ્યું તે અસ્પષ્ટ રહે છે.
જીનોમ સડો થવાની પદ્ધતિ સંપૂર્ણપણે સમજી શકાઈ નથી, તેમ છતાં તે મુખ્યત્વે વારંવાર થતા આનુવંશિક પ્રવાહને કારણે થાય છે. કારણ કે પરોપજીવી નાની, અજાતીય અને આનુવંશિક રીતે મર્યાદિત વસ્તીમાં રહે છે, તેઓ ડીએનએ પ્રતિકૃતિ દરમિયાન ક્યારેક થતા હાનિકારક પરિવર્તનોને અસરકારક રીતે દૂર કરી શકતા નથી. આનાથી હાનિકારક પરિવર્તનોનો ઉલટાવી શકાય તેવો સંચય થાય છે અને પરોપજીવી જીનોમમાં ઘટાડો થાય છે. પરિણામે, પરોપજીવી માત્ર એવા જનીનો ગુમાવે છે જે હવે અંતઃકોશિક વાતાવરણમાં તેના અસ્તિત્વ માટે જરૂરી નથી. પરોપજીવી વસ્તી છૂટાછવાયા નુકસાનકારક પરિવર્તનોને અસરકારક રીતે દૂર કરવામાં અસમર્થ છે જેના કારણે આ પરિવર્તનો તેમના સૌથી મહત્વપૂર્ણ જનીનો સહિત સમગ્ર જીનોમમાં એકઠા થાય છે.
જીનોમ રિડક્શન વિશેની આપણી વર્તમાન સમજનો મોટાભાગનો ભાગ ફક્ત જીનોમ સિક્વન્સની તુલના પર આધારિત છે, જેમાં વાસ્તવિક અણુઓમાં થતા ફેરફારો પર ઓછું ધ્યાન આપવામાં આવે છે જે ઘરકામના કાર્યો કરે છે અને સંભવિત દવા લક્ષ્યો તરીકે સેવા આપે છે. તુલનાત્મક અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે હાનિકારક અંતઃકોશિક માઇક્રોબાયલ પરિવર્તનનો ભાર પ્રોટીન અને ન્યુક્લિક એસિડને ખોટી રીતે ફોલ્ડ કરવા અને એકત્ર કરવા માટે પ્રેરે છે, જે તેમને વધુ ચેપરોન આધારિત અને ગરમી પ્રત્યે અતિસંવેદનશીલ બનાવે છે19,20,21,22,23. વધુમાં, વિવિધ પરોપજીવીઓ - સ્વતંત્ર ઉત્ક્રાંતિ જે ક્યારેક 2.5 અબજ વર્ષોથી અલગ પડે છે - તેમના પ્રોટીન સંશ્લેષણ5,6 અને ડીએનએ રિપેર મિકેનિઝમ્સમાં ગુણવત્તા નિયંત્રણ કેન્દ્રોના સમાન નુકસાનનો અનુભવ કરે છે24. જો કે, સેલ્યુલર મેક્રોમોલેક્યુલ્સના અન્ય તમામ ગુણધર્મો પર અંતઃકોશિક જીવનશૈલીની અસર વિશે બહુ ઓછું જાણીતું છે, જેમાં હાનિકારક પરિવર્તનના વધતા ભારણ માટે પરમાણુ અનુકૂલનનો સમાવેશ થાય છે.
આ કાર્યમાં, અંતઃકોશિક સુક્ષ્મસજીવોના પ્રોટીન અને ન્યુક્લિક એસિડના ઉત્ક્રાંતિને વધુ સારી રીતે સમજવા માટે, અમે અંતઃકોશિક પરોપજીવી એન્સેફાલિટોઝૂન ક્યુનિક્યુલીના રિબોઝોમની રચના નક્કી કરી. ઇ. ક્યુનિક્યુલી એ પરોપજીવી માઇક્રોસ્પોરિડિયાના જૂથનો ફૂગ જેવો જીવ છે જેમાં અસામાન્ય રીતે નાના યુકેરીયોટિક જીનોમ હોય છે અને તેથી જીનોમ સડો25,26,27,28,29,30 નો અભ્યાસ કરવા માટે મોડેલ સજીવ તરીકે ઉપયોગ થાય છે. તાજેતરમાં, માઇક્રોસ્પોરિડિયા, પેરાનોસેમા લોકસ્ટે અને વૈરીમોર્ફા નેકેટ્રીક્સ31,32 (~3.2 Mb જીનોમ) ના સાધારણ ઘટાડેલા જીનોમ માટે ક્રાયો-EM રિબોઝોમ માળખું નક્કી કરવામાં આવ્યું હતું. આ રચનાઓ સૂચવે છે કે rRNA એમ્પ્લીફિકેશનના કેટલાક નુકસાનને પડોશી રિબોસોમલ પ્રોટીન વચ્ચે નવા સંપર્કોના વિકાસ અથવા નવા msL131,32 રિબોસોમલ પ્રોટીનના સંપાદન દ્વારા વળતર આપવામાં આવે છે. એન્સેફાલીટોઝૂન પ્રજાતિઓ (જીનોમ ~2.5 મિલિયન bp), તેમના નજીકના સંબંધી ઓર્ડોસ્પોરા સાથે, યુકેરીયોટ્સમાં જીનોમ ઘટાડાની અંતિમ ડિગ્રી દર્શાવે છે - તેમની પાસે 2000 થી ઓછા પ્રોટીન-કોડિંગ જનીનો છે, અને એવી અપેક્ષા રાખવામાં આવે છે કે તેમના રિબોઝોમ ફક્ત rRNA વિસ્તરણ ટુકડાઓ (rRNA ટુકડાઓ જે યુકેરીયોટિક રિબોઝોમને બેક્ટેરિયલ રિબોઝોમથી અલગ પાડે છે) થી વંચિત નથી, પરંતુ E. cuniculi જીનોમ26,27,28 માં હોમોલોગ્સના અભાવને કારણે ચાર રિબોસોમલ પ્રોટીન પણ ધરાવે છે. તેથી, અમે તારણ કાઢ્યું છે કે E. cuniculi રિબોઝોમ જીનોમ સડો માટે પરમાણુ અનુકૂલન માટે અગાઉ અજાણી વ્યૂહરચનાઓ જાહેર કરી શકે છે.
આપણું ક્રાયો-EM માળખું સૌથી નાના યુકેરીયોટિક સાયટોપ્લાઝમિક રાઇબોઝોમનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે અને કોષના અભિન્ન ભાગ એવા પરમાણુ મશીનરીની રચના, એસેમ્બલી અને ઉત્ક્રાંતિને કેવી રીતે અસર કરે છે તેની સમજ આપે છે. અમે જોયું કે E. ક્યુનિક્યુલી રાઇબોઝોમ RNA ફોલ્ડિંગ અને રાઇબોઝોમ એસેમ્બલીના ઘણા વ્યાપકપણે સંરક્ષિત સિદ્ધાંતોનું ઉલ્લંઘન કરે છે, અને એક નવું, અગાઉ અજાણ્યું રાઇબોસોમલ પ્રોટીન શોધ્યું. તદ્દન અણધારી રીતે, અમે બતાવીએ છીએ કે માઇક્રોસ્પોરિડિયા રાઇબોઝોમ્સે નાના અણુઓને બાંધવાની ક્ષમતા વિકસાવી છે, અને અનુમાન કરીએ છીએ કે rRNA અને પ્રોટીનમાં કાપ મૂકવાથી ઉત્ક્રાંતિ નવીનતાઓ થાય છે જે આખરે રાઇબોઝોમ પર ઉપયોગી ગુણો પ્રદાન કરી શકે છે.
અંતઃકોશિક સજીવોમાં પ્રોટીન અને ન્યુક્લિક એસિડના ઉત્ક્રાંતિની અમારી સમજને સુધારવા માટે, અમે ચેપગ્રસ્ત સસ્તન કોષોના કલ્ચરમાંથી E. ક્યુનિક્યુલી બીજકણને અલગ કરવાનું નક્કી કર્યું જેથી તેમના રિબોઝોમને શુદ્ધ કરી શકાય અને આ રિબોઝોમનું માળખું નક્કી કરી શકાય. મોટી સંખ્યામાં પરોપજીવી માઇક્રોસ્પોરિડિયા મેળવવું મુશ્કેલ છે કારણ કે માઇક્રોસ્પોરિડિયાને પોષક માધ્યમમાં સંવર્ધન કરી શકાતું નથી. તેના બદલે, તેઓ ફક્ત યજમાન કોષની અંદર જ ઉગે છે અને પ્રજનન કરે છે. તેથી, રિબોઝોમ શુદ્ધિકરણ માટે E. ક્યુનિક્યુલી બાયોમાસ મેળવવા માટે, અમે સસ્તન કિડની કોષ રેખા RK13 ને E. ક્યુનિક્યુલી બીજકણથી સંક્રમિત કર્યા અને આ ચેપગ્રસ્ત કોષોને કેટલાક અઠવાડિયા સુધી સંવર્ધન કર્યા જેથી E. ક્યુનિક્યુલીને વૃદ્ધિ અને ગુણાકાર કરવાની મંજૂરી મળે. લગભગ અડધા ચોરસ મીટરના ચેપગ્રસ્ત કોષ મોનોલેયરનો ઉપયોગ કરીને, અમે લગભગ 300 મિલિગ્રામ માઇક્રોસ્પોરિડિયા બીજકણને શુદ્ધ કરી શક્યા અને તેનો ઉપયોગ રિબોઝોમને અલગ કરવા માટે કરી શક્યા. ત્યારબાદ અમે કાચના મણકાથી શુદ્ધ કરેલા બીજકણને વિક્ષેપિત કર્યા અને લાઇસેટ્સના સ્ટેપવાઇઝ પોલિઇથિલિન ગ્લાયકોલ ફ્રેક્શનેશનનો ઉપયોગ કરીને ક્રૂડ રિબોઝોમને અલગ કર્યા. આનાથી અમને માળખાકીય વિશ્લેષણ માટે આશરે 300 µg કાચા E. ક્યુનિકુલી રિબોઝોમ મેળવવાની મંજૂરી મળી.
ત્યારબાદ અમે પરિણામી રાઇબોઝોમ નમૂનાઓનો ઉપયોગ કરીને ક્રાયો-EM છબીઓ એકત્રિત કરી અને મોટા રાઇબોસોમલ સબયુનિટ, નાના સબયુનિટ હેડ અને નાના સબયુનિટને અનુરૂપ માસ્કનો ઉપયોગ કરીને આ છબીઓ પર પ્રક્રિયા કરી. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન, અમે લગભગ 108,000 રાઇબોસોમલ કણોની છબીઓ અને 2.7 Å (પૂરક આકૃતિઓ 1-3) ના રિઝોલ્યુશન સાથે ગણતરી કરેલ ક્રાયો-EM છબીઓ એકત્રિત કરી. ત્યારબાદ અમે E. ક્યુનિકુલી રિબોસોમ (આકૃતિ 1a, b) સાથે સંકળાયેલ rRNA, રિબોસોમલ પ્રોટીન અને હાઇબરનેશન ફેક્ટર Mdf1 મોડેલ કરવા માટે ક્રાયોઇએમ છબીઓનો ઉપયોગ કર્યો.
a હાઇબરનેશન ફેક્ટર Mdf1 (pdb id 7QEP) સાથે સંકુલમાં E. ક્યુનિકુલી રિબોઝોમનું માળખું. b E. ક્યુનિકુલી રિબોઝોમ સાથે સંકળાયેલ હાઇબરનેશન ફેક્ટર Mdf1 નો નકશો. c માઇક્રોસ્પોરિડિયન પ્રજાતિઓમાં પુનઃપ્રાપ્ત rRNA ની સરખામણી જાણીતા રિબોસોમલ માળખા સાથે કરતો ગૌણ માળખું નકશો. પેનલ્સ એમ્પ્લીફાઇડ rRNA ટુકડાઓ (ES) અને રિબોઝોમ સક્રિય સ્થળોનું સ્થાન દર્શાવે છે, જેમાં ડીકોડિંગ સાઇટ (DC), સાર્સિનિસિન લૂપ (SRL) અને પેપ્ટિડિલ ટ્રાન્સફરેઝ સેન્ટર (PTC)નો સમાવેશ થાય છે. d E. ક્યુનિકુલી રિબોઝોમના પેપ્ટિડિલ ટ્રાન્સફરેઝ સેન્ટરને અનુરૂપ ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા સૂચવે છે કે આ ઉત્પ્રેરક સ્થળ E. ક્યુનિકુલી પરોપજીવી અને તેના યજમાનોમાં સમાન માળખું ધરાવે છે, જેમાં H. સેપિયન્સનો સમાવેશ થાય છે. e, f ડીકોડિંગ સેન્ટર (e) ની અનુરૂપ ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા અને ડીકોડિંગ સેન્ટર (f) ની યોજનાકીય રચના સૂચવે છે કે E. ક્યુનિક્યુલીમાં ઘણા અન્ય યુકેરીયોટ્સમાં A1491 (E. coli નંબરિંગ) ને બદલે U1491 અવશેષો છે. આ ફેરફાર સૂચવે છે કે E. ક્યુનિક્યુલી આ સક્રિય સ્થળને લક્ષ્ય બનાવતા એન્ટિબાયોટિક્સ પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોઈ શકે છે.
V. necatrix અને P. locustae ribosomes (બંને રચનાઓ સમાન માઇક્રોસ્પોરિડિયા પરિવાર Nosematidae નું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે અને એકબીજા સાથે ખૂબ સમાન છે) ની અગાઉ સ્થાપિત રચનાઓથી વિપરીત, 31,32 E. cuniculi ribosomes rRNA અને પ્રોટીન ફ્રેગમેન્ટેશનની અસંખ્ય પ્રક્રિયાઓમાંથી પસાર થાય છે. વધુ ડિનેચ્યુરેશન (પૂરક આકૃતિઓ 4-6). rRNA માં, સૌથી આકર્ષક ફેરફારોમાં એમ્પ્લીફાઇડ 25S rRNA ફ્રેગમેન્ટ ES12L નું સંપૂર્ણ નુકસાન અને h39, h41, અને H18 હેલિક્સનું આંશિક અધોગતિનો સમાવેશ થાય છે (આકૃતિ 1c, પૂરક આકૃતિ 4). રિબોસોમલ પ્રોટીનમાં, સૌથી આકર્ષક ફેરફારોમાં eS30 પ્રોટીનનું સંપૂર્ણ નુકસાન અને eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17, અને eS7 પ્રોટીનનું ટૂંકું થવું શામેલ છે (પૂરક આકૃતિઓ 4, 5).
આમ, એન્સેફાલોટોઝૂન/ઓર્ડોસ્પોરા પ્રજાતિઓના જીનોમમાં ભારે ઘટાડો તેમના રિબોઝોમ માળખામાં પ્રતિબિંબિત થાય છે: ઇ. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમ યુકેરીયોટિક સાયટોપ્લાઝમિક રિબોઝોમમાં પ્રોટીન સામગ્રીનું સૌથી નાટકીય નુકસાન અનુભવે છે જે માળખાકીય લાક્ષણિકતાને આધિન છે, અને તેમની પાસે તે rRNA અને પ્રોટીન ટુકડાઓ પણ નથી જે ફક્ત યુકેરીયોટ્સમાં જ નહીં, પરંતુ જીવનના ત્રણ ક્ષેત્રોમાં પણ વ્યાપકપણે સંરક્ષિત છે. ઇ. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમનું માળખું આ ફેરફારો માટે પ્રથમ પરમાણુ મોડેલ પૂરું પાડે છે અને ઉત્ક્રાંતિ ઘટનાઓને છતી કરે છે જેને તુલનાત્મક જીનોમિક્સ અને ઇન્ટ્રાસેલ્યુલર બાયોમોલેક્યુલર માળખાના અભ્યાસ બંને દ્વારા અવગણવામાં આવી છે (પૂરક આકૃતિ 7). નીચે, અમે આ દરેક ઘટનાઓનું તેમના સંભવિત ઉત્ક્રાંતિ મૂળ અને રિબોઝોમ કાર્ય પર તેમની સંભવિત અસર સાથે વર્ણન કરીએ છીએ.
પછી અમને જાણવા મળ્યું કે, મોટા rRNA કાપ ઉપરાંત, E. cuniculi ribosomes તેમના સક્રિય સ્થળોમાંના એક પર rRNA ભિન્નતા ધરાવે છે. જોકે E. cuniculi ribosome ના પેપ્ટીડીલ ટ્રાન્સફરેઝ કેન્દ્રમાં અન્ય યુકેરીયોટિક રિબોસોમ્સ (આકૃતિ 1d) જેવી જ રચના છે, ન્યુક્લિયોટાઇડ 1491 (E. coli નંબરિંગ, આકૃતિ 1e, f) પર ક્રમ ભિન્નતાને કારણે ડીકોડિંગ કેન્દ્ર અલગ પડે છે. આ અવલોકન મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે યુકેરીયોટિક રિબોસોમ્સના ડીકોડિંગ સ્થળમાં સામાન્ય રીતે બેક્ટેરિયલ-પ્રકારના અવશેષો A1408 અને G1491 ની તુલનામાં અવશેષો G1408 અને A1491 હોય છે. આ ભિન્નતા બેક્ટેરિયલ અને યુકેરીયોટિક રિબોસોમ્સની રિબોસોમલ એન્ટિબાયોટિક્સ અને ડીકોડિંગ સ્થળને લક્ષ્ય બનાવતા અન્ય નાના અણુઓના એમિનોગ્લાયકોસાઇડ પરિવાર પ્રત્યેની વિવિધ સંવેદનશીલતાનો આધાર છે. E. cuniculi ribosome ના ડીકોડિંગ સ્થળ પર, અવશેષ A1491 ને U1491 સાથે બદલવામાં આવ્યું હતું, જે સંભવિત રીતે આ સક્રિય સ્થળને લક્ષ્ય બનાવતા નાના અણુઓ માટે એક અનન્ય બંધનકર્તા ઇન્ટરફેસ બનાવે છે. આ જ A14901 પ્રકાર અન્ય માઇક્રોસ્પોરિડિયા જેમ કે P. locustae અને V. necatrix માં પણ હાજર છે, જે સૂચવે છે કે તે માઇક્રોસ્પોરિડિયા પ્રજાતિઓમાં વ્યાપક છે (આકૃતિ 1f).
અમારા E. cuniculi રાઇબોઝોમ નમૂનાઓ ચયાપચયની રીતે નિષ્ક્રિય બીજકણથી અલગ કરવામાં આવ્યા હોવાથી, અમે તણાવ અથવા ભૂખમરાની સ્થિતિમાં અગાઉ વર્ણવેલ રાઇબોઝોમ બંધન માટે E. cuniculi ના ક્રાયો-EM નકશાનું પરીક્ષણ કર્યું. હાઇબરનેશન પરિબળો 31,32,36,37, 38. અમે હાઇબરનેટિંગ રાઇબોઝોમની અગાઉ સ્થાપિત રચનાને E. cuniculi રાઇબોઝોમના ક્રાયો-EM નકશા સાથે મેચ કરી. ડોકીંગ માટે, S. cerevisiae રાઇબોઝોમનો ઉપયોગ હાઇબરનેશન પરિબળ Stm138 સાથે સંકુલમાં, Lso232 પરિબળ સાથે સંકુલમાં તીડ રાઇબોઝોમ અને Mdf1 અને Mdf231 પરિબળ સાથે સંકુલમાં V. necatrix રાઇબોઝોમનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. તે જ સમયે, અમને બાકીના પરિબળ Mdf1 સાથે અનુરૂપ ક્રાયો-EM ઘનતા મળી. V. નેકેટ્રિક્સ રાઇબોઝોમ સાથે Mdf1 ના બંધનની જેમ, Mdf1 પણ E. ક્યુનિક્યુલી રાઇબોઝોમ સાથે જોડાય છે, જ્યાં તે રાઇબોઝોમની E સાઇટને અવરોધિત કરે છે, સંભવતઃ જ્યારે શરીર નિષ્ક્રિય થવા પર પરોપજીવી બીજકણ ચયાપચયની રીતે નિષ્ક્રિય થઈ જાય છે ત્યારે રાઇબોઝોમ ઉપલબ્ધ કરાવવામાં મદદ કરે છે (આકૃતિ 2).
Mdf1 રાઇબોઝોમના E સ્થળને અવરોધે છે, જે પરોપજીવી બીજકણ ચયાપચયની રીતે નિષ્ક્રિય થઈ જાય ત્યારે રાઇબોઝોમને નિષ્ક્રિય કરવામાં મદદ કરે છે. E. ક્યુનિકુલી રાઇબોઝોમની રચનામાં, અમે જોયું કે Mdf1 L1 રાઇબોઝોમ સ્ટેમ સાથે અગાઉ અજાણ્યો સંપર્ક બનાવે છે, જે રાઇબોઝોમનો તે ભાગ છે જે પ્રોટીન સંશ્લેષણ દરમિયાન રાઇબોઝોમમાંથી ડિએસીલેટેડ tRNA ના પ્રકાશનને સરળ બનાવે છે. આ સંપર્કો સૂચવે છે કે Mdf1 રાઇબોઝોમથી ડિએસીલેટેડ tRNA જેવી જ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને અલગ થાય છે, જે પ્રોટીન સંશ્લેષણને ફરીથી સક્રિય કરવા માટે રાઇબોઝોમ Mdf1 ને કેવી રીતે દૂર કરે છે તે માટે સંભવિત સમજૂતી પૂરી પાડે છે.
જોકે, અમારી રચનાએ Mdf1 અને L1 રાઇબોઝોમ લેગ (રાઇબોઝોમનો તે ભાગ જે પ્રોટીન સંશ્લેષણ દરમિયાન રાઇબોઝોમમાંથી ડિએસીલેટેડ tRNA મુક્ત કરવામાં મદદ કરે છે) વચ્ચે અજાણ્યો સંપર્ક જાહેર કર્યો. ખાસ કરીને, Mdf1 ડિએસીલેટેડ tRNA પરમાણુના કોણી ભાગ જેવા જ સંપર્કોનો ઉપયોગ કરે છે (આકૃતિ 2). આ અગાઉ અજાણ્યા પરમાણુ મોડેલિંગ દર્શાવે છે કે Mdf1 ડિએસીલેટેડ tRNA જેવી જ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને રાઇબોઝોમથી અલગ થાય છે, જે સમજાવે છે કે કેવી રીતે રાઇબોઝોમ પ્રોટીન સંશ્લેષણને ફરીથી સક્રિય કરવા માટે આ હાઇબરનેશન પરિબળને દૂર કરે છે.
rRNA મોડેલ બનાવતી વખતે, અમને જાણવા મળ્યું કે E. cuniculi ribosome માં rRNA ના ટુકડા અસામાન્ય રીતે ફોલ્ડ થયા છે, જેને આપણે fused rRNA (આકૃતિ 3) કહીએ છીએ. જીવનના ત્રણ ક્ષેત્રોમાં ફેલાયેલા રિબોઝોમમાં, rRNA એવા માળખામાં ફોલ્ડ થાય છે જેમાં મોટાભાગના rRNA બેઝ કાં તો બેઝ જોડી બનાવે છે અને એકબીજા સાથે ફોલ્ડ થાય છે અથવા રિબોસોમલ પ્રોટીન સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે38,39,40. જોકે, E. cuniculi ribosomes માં, rRNA તેમના કેટલાક હેલિક્સને અનફોલ્ડ rRNA પ્રદેશોમાં રૂપાંતરિત કરીને આ ફોલ્ડિંગ સિદ્ધાંતનું ઉલ્લંઘન કરે છે.
S. cerevisiae, V. necatrix, અને E. cuniculi માં H18 25S rRNA હેલિક્સની રચના. સામાન્ય રીતે, ત્રણ જીવન ક્ષેત્રોમાં ફેલાયેલા રાઇબોઝોમમાં, આ લિંકર એક RNA હેલિક્સમાં જોડાય છે જેમાં 24 થી 34 અવશેષો હોય છે. માઇક્રોસ્પોરિડિયામાં, તેનાથી વિપરીત, આ rRNA લિંકર ધીમે ધીમે બે સિંગલ-સ્ટ્રેન્ડેડ યુરીડિન-સમૃદ્ધ લિંકર્સમાં ઘટાડી દેવામાં આવે છે જેમાં ફક્ત 12 અવશેષો હોય છે. આ અવશેષોમાંથી મોટાભાગના દ્રાવકોના સંપર્કમાં આવે છે. આકૃતિ દર્શાવે છે કે પરોપજીવી માઇક્રોસ્પોરિડિયા rRNA ફોલ્ડિંગના સામાન્ય સિદ્ધાંતોનું ઉલ્લંઘન કરે છે, જ્યાં rRNA પાયા સામાન્ય રીતે અન્ય પાયા સાથે જોડાયેલા હોય છે અથવા rRNA-પ્રોટીન ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં સામેલ હોય છે. માઇક્રોસ્પોરિડિયામાં, કેટલાક rRNA ટુકડાઓ પ્રતિકૂળ ગણો લે છે, જેમાં ભૂતપૂર્વ rRNA હેલિક્સ લગભગ સીધી રેખામાં વિસ્તરેલ સિંગલ-સ્ટ્રેન્ડેડ ટુકડો બની જાય છે. આ અસામાન્ય પ્રદેશોની હાજરી માઇક્રોસ્પોરિડિયા rRNA ને RNA પાયાની ન્યૂનતમ સંખ્યાનો ઉપયોગ કરીને દૂરના rRNA ટુકડાઓને બાંધવા દે છે.
આ ઉત્ક્રાંતિ સંક્રમણનું સૌથી આકર્ષક ઉદાહરણ H18 25S rRNA હેલિક્સ (આકૃતિ 3) માં જોઈ શકાય છે. E. coli થી મનુષ્યોમાં આવતી પ્રજાતિઓમાં, આ rRNA હેલિક્સના પાયામાં 24-32 ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ હોય છે, જે થોડા અનિયમિત હેલિક્સ બનાવે છે. V. necatrix અને P. locustae માંથી અગાઉ ઓળખાયેલા રિબોસોમલ માળખામાં, 31,32 H18 હેલિક્સના પાયા આંશિક રીતે અનકોઇલ કરેલા હોય છે, પરંતુ ન્યુક્લિયોટાઇડ બેઝ પેરિંગ સાચવેલ હોય છે. જો કે, E. cuniculi માં આ rRNA ટુકડો સૌથી ટૂંકા લિંકર્સ 228UUUGU232 અને 301UUUUUUUUU307 બને છે. લાક્ષણિક rRNA ટુકડાઓથી વિપરીત, આ યુરીડિન-સમૃદ્ધ લિંકર્સ રિબોસોમલ પ્રોટીન સાથે ગૂંચવતા નથી અથવા વ્યાપક સંપર્ક કરતા નથી. તેના બદલે, તેઓ દ્રાવક-ખુલ્લા અને સંપૂર્ણપણે ખુલ્લા માળખાને અપનાવે છે જેમાં rRNA સેર લગભગ સીધા લંબાયેલા હોય છે. આ ખેંચાયેલી રચના સમજાવે છે કે કેવી રીતે E. ક્યુનિકુલી H16 અને H18 rRNA હેલિક્સ વચ્ચેના 33 Å ગેપને ભરવા માટે ફક્ત 12 RNA બેઝનો ઉપયોગ કરે છે, જ્યારે અન્ય પ્રજાતિઓને આ ગેપ ભરવા માટે ઓછામાં ઓછા બમણા rRNA બેઝની જરૂર પડે છે.
આમ, આપણે દર્શાવી શકીએ છીએ કે, ઉર્જાથી પ્રતિકૂળ ફોલ્ડિંગ દ્વારા, પરોપજીવી માઇક્રોસ્પોરિડિયાએ જીવનના ત્રણેય ક્ષેત્રોમાં પ્રજાતિઓમાં વ્યાપકપણે સંરક્ષિત રહેનારા rRNA સેગમેન્ટ્સને પણ સંકોચવાની વ્યૂહરચના વિકસાવી છે. દેખીતી રીતે, rRNA હેલિક્સને ટૂંકા પોલી-યુ લિંકરમાં રૂપાંતરિત કરતા પરિવર્તનોને સંચિત કરીને, E. ક્યુનિકુલી દૂરના rRNA ટુકડાઓના બંધન માટે શક્ય તેટલા ઓછા ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ ધરાવતા અસામાન્ય rRNA ટુકડાઓ બનાવી શકે છે. આ સમજાવવામાં મદદ કરે છે કે માઇક્રોસ્પોરિડિયાએ તેમની માળખાકીય અને કાર્યાત્મક અખંડિતતા ગુમાવ્યા વિના તેમના મૂળભૂત પરમાણુ માળખામાં નાટકીય ઘટાડો કેવી રીતે પ્રાપ્ત કર્યો.
E. cuniculi rRNA નું બીજું અસામાન્ય લક્ષણ એ છે કે તેમાં જાડાપણું વગર rRNA નો દેખાવ હોય છે (આકૃતિ 4). બલ્જ એ બેઝ જોડીઓ વગરના ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ છે જે RNA હેલિક્સમાંથી છુપાયેલા રહેવાને બદલે બહાર વળી જાય છે. મોટાભાગના rRNA પ્રોટ્રુઝન મોલેક્યુલર એડહેસિવ્સ તરીકે કાર્ય કરે છે, જે નજીકના રિબોસોમલ પ્રોટીન અથવા અન્ય rRNA ટુકડાઓને બાંધવામાં મદદ કરે છે. કેટલાક બલ્જ હિન્જ્સ તરીકે કાર્ય કરે છે, જે ઉત્પાદક પ્રોટીન સંશ્લેષણ 41 માટે rRNA હેલિક્સ ને શ્રેષ્ઠ રીતે ફ્લેક્સ અને ફોલ્ડ થવા દે છે.
a એક rRNA પ્રોટ્રુઝન (S. cerevisiae નંબરિંગ) E. ​​cuniculi ribosome માળખામાં ગેરહાજર છે, પરંતુ મોટાભાગના અન્ય યુકેરીયોટ્સમાં હાજર છે b E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens, અને E. cuniculi આંતરિક ribosomes. પરોપજીવીઓમાં ઘણા પ્રાચીન, ખૂબ જ સંરક્ષિત rRNA બલ્જેસનો અભાવ છે. આ જાડાઈ રાયબોસોમ માળખાને સ્થિર કરે છે; તેથી, માઇક્રોસ્પોરિડિયામાં તેમની ગેરહાજરી માઇક્રોસ્પોરિડિયા પરોપજીવીઓમાં rRNA ફોલ્ડિંગની ઓછી સ્થિરતા સૂચવે છે. P સ્ટેમ્સ (બેક્ટેરિયામાં L7/L12 સ્ટેમ્સ) સાથે સરખામણી દર્શાવે છે કે rRNA બલ્જેસનું નુકસાન ક્યારેક ખોવાયેલા બલ્જેસની બાજુમાં નવા બલ્જેસના દેખાવ સાથે એકરુપ થાય છે. 23S/28S rRNA માં H42 હેલિક્સ એક પ્રાચીન બલ્જેસ (Saccharomyces cerevisiae માં U1206) ધરાવે છે જે જીવનના ત્રણ ક્ષેત્રોમાં તેના રક્ષણને કારણે ઓછામાં ઓછા 3.5 અબજ વર્ષ જૂનો હોવાનો અંદાજ છે. માઇક્રોસ્પોરિડિયામાં, આ બલ્જેસ દૂર થાય છે. જોકે, ખોવાયેલા બલ્જની બાજુમાં એક નવો બલ્જ દેખાયો (E. cuniculi માં A1306).
આશ્ચર્યજનક રીતે, અમને જાણવા મળ્યું કે E. cuniculi ribosomes માં અન્ય પ્રજાતિઓમાં જોવા મળતા મોટાભાગના rRNA બલ્જેસનો અભાવ છે, જેમાં અન્ય યુકેરીયોટ્સમાં સંરક્ષિત 30 થી વધુ બલ્જેસનો સમાવેશ થાય છે (આકૃતિ 4a). આ નુકસાન રિબોસોમલ સબયુનિટ્સ અને અડીને આવેલા rRNA હેલિક્સ વચ્ચેના ઘણા સંપર્કોને દૂર કરે છે, કેટલીકવાર રિબોસોમની અંદર મોટા હોલો ખાલી જગ્યાઓ બનાવે છે, જે E. cuniculi ribosome ને વધુ પરંપરાગત રિબોસોમ્સ (આકૃતિ 4b) ની તુલનામાં વધુ છિદ્રાળુ બનાવે છે. નોંધપાત્ર રીતે, અમને જાણવા મળ્યું કે આમાંના મોટાભાગના બલ્જેસ અગાઉ ઓળખાયેલા V. necatrix અને P. locustae ribosome માળખામાં પણ ખોવાઈ ગયા હતા, જે અગાઉના માળખાકીય વિશ્લેષણ દ્વારા અવગણવામાં આવ્યા હતા31,32.
ક્યારેક rRNA બલ્જેસના નુકશાન સાથે ખોવાયેલા બલ્જેસની બાજુમાં નવા બલ્જેસનો વિકાસ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, રિબોસોમલ P-સ્ટેમમાં U1208 બલ્જ (Saccharomyces cerevisiae માં) હોય છે જે E. coli થી મનુષ્યોમાં બચી ગયો હતો અને તેથી તે 3.5 અબજ વર્ષ જૂનો હોવાનો અંદાજ છે. પ્રોટીન સંશ્લેષણ દરમિયાન, આ બલ્જ P સ્ટેમને ખુલ્લા અને બંધ કન્ફોર્મેશન વચ્ચે ખસેડવામાં મદદ કરે છે જેથી રાઇબોસોમ ટ્રાન્સલેશન ફેક્ટર્સ ભરતી કરી શકે અને તેમને સક્રિય સ્થળ પર પહોંચાડી શકે. E. cuniculi રિબોસોમમાં, આ જાડું થવું ગેરહાજર છે; જોકે, ફક્ત ત્રણ બેઝ જોડીઓમાં સ્થિત એક નવું જાડું થવું (G883) P સ્ટેમની શ્રેષ્ઠ લવચીકતાને પુનઃસ્થાપિત કરવામાં ફાળો આપી શકે છે (આકૃતિ 4c).
બલ્જેસ વગરના rRNA પરના અમારા ડેટા સૂચવે છે કે rRNA લઘુત્તમીકરણ ફક્ત રાઇબોઝોમની સપાટી પર rRNA તત્વોના નુકશાન સુધી મર્યાદિત નથી, પરંતુ તેમાં રાઇબોઝોમ ન્યુક્લિયસ પણ સામેલ હોઈ શકે છે, જે પરોપજીવી-વિશિષ્ટ પરમાણુ ખામી બનાવે છે જે મુક્ત-જીવંત કોષોમાં વર્ણવવામાં આવ્યું નથી. જીવંત પ્રજાતિઓ જોવા મળે છે.
કેનોનિકલ રિબોસોમલ પ્રોટીન અને rRNA નું મોડેલિંગ કર્યા પછી, અમને જાણવા મળ્યું કે પરંપરાગત રિબોસોમલ ઘટકો ક્રાયો-EM છબીના ત્રણ ભાગોને સમજાવી શકતા નથી. આ ટુકડાઓમાંથી બે કદમાં નાના અણુઓ છે (આકૃતિ 5, પૂરક આકૃતિ 8). પ્રથમ ભાગ રિબોસોમલ પ્રોટીન uL15 અને eL18 વચ્ચે એવી સ્થિતિમાં સેન્ડવીચ થયેલ છે જે સામાન્ય રીતે eL18 ના C-ટર્મિનસ દ્વારા કબજે કરવામાં આવે છે, જે E. cuniculi માં ટૂંકા હોય છે. જો કે આપણે આ પરમાણુની ઓળખ નક્કી કરી શકતા નથી, આ ઘનતા ટાપુનું કદ અને આકાર સ્પર્મિડાઇન પરમાણુઓની હાજરી દ્વારા સારી રીતે સમજાવવામાં આવે છે. રિબોસોમ સાથે તેનું બંધન uL15 પ્રોટીન (Asp51 અને Arg56) માં માઇક્રોસ્પોરિડિયા-વિશિષ્ટ પરિવર્તન દ્વારા સ્થિર થાય છે, જે આ નાના પરમાણુ માટે રિબોસોમની આકર્ષણમાં વધારો કરે છે, કારણ કે તેઓ uL15 ને નાના પરમાણુને રિબોસોમલ માળખામાં લપેટવાની મંજૂરી આપે છે. પૂરક આકૃતિ 2). 8, વધારાનો ડેટા 1, 2).
ક્રાયો-EM ઇમેજિંગ જે E. cuniculi ribosome સાથે જોડાયેલા રાઇબોઝની બહાર ન્યુક્લિયોટાઇડ્સની હાજરી દર્શાવે છે. E. cuniculi ribosome માં, આ ન્યુક્લિયોટાઇડ મોટાભાગના અન્ય યુકેરીયોટિક રાઇબોઝોમમાં 25S rRNA A3186 ન્યુક્લિયોટાઇડ (Saccharomyces cerevisiae નંબરિંગ) જેવું જ સ્થાન ધરાવે છે. b E. cuniculi ના રાઇબોસોમલ માળખામાં, આ ન્યુક્લિયોટાઇડ રિબોસોમલ પ્રોટીન uL9 અને eL20 વચ્ચે સ્થિત છે, જેનાથી બે પ્રોટીન વચ્ચેનો સંપર્ક સ્થિર થાય છે. cd માઇક્રોસ્પોરિડિયા પ્રજાતિઓમાં eL20 સિક્વન્સ સંરક્ષણ વિશ્લેષણ. માઇક્રોસ્પોરિડિયા પ્રજાતિઓ (c) ના ફાયલોજેનેટિક વૃક્ષ અને eL20 પ્રોટીન (d) ના બહુવિધ ક્રમ સંરેખણ દર્શાવે છે કે ન્યુક્લિયોટાઇડ-બંધનકર્તા અવશેષો F170 અને K172 મોટાભાગના લાક્ષણિક માઇક્રોસ્પોરિડિયામાં સંરક્ષિત છે, S. lophii ના અપવાદ સાથે, પ્રારંભિક શાખાવાળા માઇક્રોસ્પોરિડિયાના અપવાદ સાથે, જેણે ES39L rRNA એક્સ્ટેંશન જાળવી રાખ્યું હતું. e આ આંકડો દર્શાવે છે કે ન્યુક્લિયોટાઇડ-બંધનકર્તા અવશેષો F170 અને K172 ફક્ત ખૂબ જ ઘટાડેલા માઇક્રોસ્પોરિડિયા જીનોમના eL20 માં હાજર છે, પરંતુ અન્ય યુકેરીયોટ્સમાં નથી. એકંદરે, આ ડેટા સૂચવે છે કે માઇક્રોસ્પોરિડીયન રિબોસોમે એક ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધનકર્તા સ્થળ વિકસાવ્યું છે જે AMP પરમાણુઓને બાંધે છે અને રિબોસોમલ માળખામાં પ્રોટીન-પ્રોટીન ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને સ્થિર કરવા માટે તેનો ઉપયોગ કરે છે. માઇક્રોસ્પોરિડીયામાં આ બંધનકર્તા સ્થળનું ઉચ્ચ સંરક્ષણ અને અન્ય યુકેરીયોટ્સમાં તેની ગેરહાજરી સૂચવે છે કે આ સ્થળ માઇક્રોસ્પોરિડીયા માટે પસંદગીયુક્ત અસ્તિત્વનો લાભ પ્રદાન કરી શકે છે. આમ, માઇક્રોસ્પોરિડીયા રિબોસોમમાં ન્યુક્લિયોટાઇડ-બંધનકર્તા ખિસ્સા અગાઉ વર્ણવ્યા મુજબ rRNA અધોગતિનું અધોગતિશીલ લક્ષણ અથવા અંતિમ સ્વરૂપ હોવાનું લાગતું નથી, પરંતુ એક ઉપયોગી ઉત્ક્રાંતિ નવીનતા છે જે માઇક્રોસ્પોરિડીયા રિબોસોમને નાના અણુઓને સીધા બાંધવા દે છે, જેનો ઉપયોગ મોલેક્યુલર બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ તરીકે થાય છે. રિબોસોમ માટે બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ. આ શોધ માઇક્રોસ્પોરિડીયા રિબોસોમને એકમાત્ર રિબોસોમ બનાવે છે જે તેના માળખાકીય બિલ્ડિંગ બ્લોક તરીકે એક ન્યુક્લિયોટાઇડનો ઉપયોગ કરવા માટે જાણીતું છે. f ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધનમાંથી મેળવેલ કાલ્પનિક ઉત્ક્રાંતિ માર્ગ.
બીજી ઓછી પરમાણુ વજન ઘનતા રિબોસોમલ પ્રોટીન uL9 અને eL30 (આકૃતિ 5a) વચ્ચેના ઇન્ટરફેસ પર સ્થિત છે. આ ઇન્ટરફેસનું વર્ણન અગાઉ સેકરોમીસીસ સેરેવિસીયા રિબોસોમની રચનામાં rRNA A3186 (ES39L rRNA એક્સટેન્શનનો ભાગ)38 ના 25S ન્યુક્લિયોટાઇડ માટે બંધનકર્તા સ્થળ તરીકે કરવામાં આવ્યું હતું. એવું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે ડિજનરેટ P. લોકસ્ટે ES39L રિબોસોમ્સમાં, આ ઇન્ટરફેસ એક અજાણ્યા સિંગલ ન્યુક્લિયોટાઇડ 31 ને જોડે છે, અને એવું માનવામાં આવે છે કે આ ન્યુક્લિયોટાઇડ rRNA નું ઘટેલું અંતિમ સ્વરૂપ છે, જેમાં rRNA ની લંબાઈ ~130-230 બેઝ છે. ES39L ને એક ન્યુક્લિયોટાઇડ 32.43 માં ઘટાડી દેવામાં આવ્યું છે. અમારી ક્રાયો-EM છબીઓ એ વિચારને સમર્થન આપે છે કે ઘનતા ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ દ્વારા સમજાવી શકાય છે. જો કે, અમારી રચનાના ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન દર્શાવે છે કે આ ન્યુક્લિયોટાઇડ એક એક્સ્ટ્રારિબોસોમલ પરમાણુ છે, કદાચ AMP (આકૃતિ 5a, b).
પછી અમે પૂછ્યું કે ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધનકર્તા સ્થળ E. cuniculi ribosome માં દેખાયું હતું કે તે પહેલાં અસ્તિત્વમાં હતું. ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધન મુખ્યત્વે eL30 ribosomal પ્રોટીનમાં Phe170 અને Lys172 અવશેષો દ્વારા મધ્યસ્થી કરવામાં આવે છે, તેથી અમે 4396 પ્રતિનિધિ યુકેરીયોટ્સમાં આ અવશેષોના સંરક્ષણનું મૂલ્યાંકન કર્યું. ઉપરોક્ત uL15 ના કિસ્સામાં, અમે જોયું કે Phe170 અને Lys172 અવશેષો ફક્ત લાક્ષણિક માઇક્રોસ્પોરિડિયામાં જ ખૂબ જ સંરક્ષિત છે, પરંતુ અન્ય યુકેરીયોટ્સમાં ગેરહાજર છે, જેમાં એટીપિકલ માઇક્રોસ્પોરિડિયા મિટોસ્પોરિડિયમ અને એમ્ફિઆમ્બલીસનો સમાવેશ થાય છે, જેમાં ES39L rRNA ટુકડો 44, 45, 46 (આકૃતિ 5c) માં ઘટાડો થયો નથી. -e).
એકસાથે લેવામાં આવે તો, આ ડેટા એ વિચારને સમર્થન આપે છે કે E. cuniculi અને સંભવતઃ અન્ય કેનોનિકલ માઇક્રોસ્પોરિડિયાએ rRNA અને પ્રોટીન સ્તરમાં ઘટાડાને વળતર આપવા માટે રાઇબોઝોમ માળખામાં મોટી સંખ્યામાં નાના ચયાપચયને કાર્યક્ષમ રીતે કેપ્ચર કરવાની ક્ષમતા વિકસાવી છે. આમ કરીને, તેઓએ રાઇબોઝોમની બહાર ન્યુક્લિયોટાઇડ્સને બાંધવાની એક અનન્ય ક્ષમતા વિકસાવી છે, જે દર્શાવે છે કે પરોપજીવી પરમાણુ માળખાં વિપુલ પ્રમાણમાં નાના ચયાપચયને પકડીને અને તેમને ડિગ્રેડેડ RNA અને પ્રોટીન ટુકડાઓના માળખાકીય નકલ તરીકે ઉપયોગ કરીને વળતર આપે છે.
અમારા ક્રાયો-EM નકશાનો ત્રીજો અનસિમ્યુલેટેડ ભાગ, જે મોટા રિબોસોમલ સબયુનિટમાં જોવા મળે છે. અમારા નકશાનું પ્રમાણમાં ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન (2.6 Å) સૂચવે છે કે આ ઘનતા મોટા સાઇડ ચેઇન અવશેષોના અનન્ય સંયોજનો ધરાવતા પ્રોટીનની છે, જેના કારણે અમે આ ઘનતાને અગાઉ અજાણ્યા રિબોસોમલ પ્રોટીન તરીકે ઓળખી શક્યા જે અમે ઓળખી કાઢ્યું હતું. તેને msL2 (માઇક્રોસ્પોરિડિયા-વિશિષ્ટ પ્રોટીન L2) નામ આપવામાં આવ્યું હતું (પદ્ધતિઓ, આકૃતિ 6). અમારા હોમોલોજી શોધ દર્શાવે છે કે msL2 એન્સેફાલિટર અને ઓરોસ્પોરિડિયા જીનસના માઇક્રોસ્પોરિડિયા ક્લેડમાં સચવાય છે, પરંતુ અન્ય માઇક્રોસ્પોરિડિયા સહિત અન્ય પ્રજાતિઓમાં ગેરહાજર છે. રિબોસોમલ માળખામાં, msL2 વિસ્તૃત ES31L rRNA ના નુકશાન દ્વારા રચાયેલ ગેપ ધરાવે છે. આ ખાલી જગ્યામાં, msL2 rRNA ફોલ્ડિંગને સ્થિર કરવામાં મદદ કરે છે અને ES31L ના નુકસાનને ભરપાઈ કરી શકે છે (આકૃતિ 6).
a ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા અને E. ક્યુનિકુલી રિબોઝોમમાં જોવા મળતા માઇક્રોસ્પોરિડિયા-વિશિષ્ટ રિબોસોમલ પ્રોટીન msL2 નું મોડેલ. b મોટાભાગના યુકેરીયોટિક રિબોઝોમ, જેમાં સેકરોમીસીસ સેરેવિસીયાના 80S રિબોઝોમનો સમાવેશ થાય છે, તેમાં મોટાભાગની માઇક્રોસ્પોરિડિયન પ્રજાતિઓમાં ES19L rRNA એમ્પ્લીફિકેશન ખોવાઈ ગયું છે. V. નેકેટ્રિક્સ માઇક્રોસ્પોરિડિયા રિબોઝોમની અગાઉ સ્થાપિત રચના સૂચવે છે કે આ પરોપજીવીઓમાં ES19L ના નુકસાનને નવા msL1 રિબોસોમલ પ્રોટીનના ઉત્ક્રાંતિ દ્વારા વળતર આપવામાં આવે છે. આ અભ્યાસમાં, અમે જોયું કે E. ક્યુનિકુલી રિબોસોમે ES19L ના નુકસાન માટે દેખીતી રીતે વળતર તરીકે એક વધારાનો રિબોસોમલ RNA મિમિક પ્રોટીન પણ વિકસાવ્યો હતો. જો કે, msL2 (હાલમાં કાલ્પનિક ECU06_1135 પ્રોટીન તરીકે ટીકા કરાયેલ) અને msL1 અલગ અલગ માળખાકીય અને ઉત્ક્રાંતિ મૂળ ધરાવે છે. c ઉત્ક્રાંતિપૂર્વક અસંબંધિત msL1 અને msL2 રાઇબોસોમલ પ્રોટીનના ઉત્પાદનની આ શોધ સૂચવે છે કે જો રાઇબોસોમ તેમના rRNA માં હાનિકારક પરિવર્તનો એકઠા કરે છે, તો તેઓ નજીકથી સંબંધિત પ્રજાતિઓના નાના સબસેટમાં પણ રચનાત્મક વિવિધતાના અભૂતપૂર્વ સ્તર પ્રાપ્ત કરી શકે છે. આ શોધ મિટોકોન્ડ્રીયલ રાઇબોસોમની ઉત્પત્તિ અને ઉત્ક્રાંતિને સ્પષ્ટ કરવામાં મદદ કરી શકે છે, જે તેના અત્યંત ઘટાડેલા rRNA અને પ્રજાતિઓમાં પ્રોટીન રચનામાં અસામાન્ય પરિવર્તનશીલતા માટે જાણીતું છે.
ત્યારબાદ અમે msL2 પ્રોટીનની સરખામણી અગાઉ વર્ણવેલ msL1 પ્રોટીન સાથે કરી, જે V. નેકેટ્રિક્સ રાઇબોઝોમમાં જોવા મળતું એકમાત્ર જાણીતું માઇક્રોસ્પોરિડિયા-વિશિષ્ટ રાઇબોસોમલ પ્રોટીન છે. અમે ચકાસવા માંગતા હતા કે msL1 અને msL2 ઉત્ક્રાંતિથી સંબંધિત છે કે નહીં. અમારા વિશ્લેષણમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે msL1 અને msL2 રાઇબોસોમલ માળખામાં સમાન પોલાણ ધરાવે છે, પરંતુ તેમની પ્રાથમિક અને તૃતીય રચનાઓ અલગ છે, જે તેમના સ્વતંત્ર ઉત્ક્રાંતિ મૂળને દર્શાવે છે (આકૃતિ 6). આમ, msL2 ની અમારી શોધ પુરાવા આપે છે કે કોમ્પેક્ટ યુકેરીયોટિક પ્રજાતિઓના જૂથો rRNA ટુકડાઓના નુકસાનને વળતર આપવા માટે માળખાકીય રીતે અલગ રાઇબોસોમલ પ્રોટીન સ્વતંત્ર રીતે વિકસિત કરી શકે છે. આ શોધ નોંધપાત્ર છે કારણ કે મોટાભાગના સાયટોપ્લાઝમિક યુકેરીયોટિક રાઇબોસોમમાં એક અપરિવર્તનશીલ પ્રોટીન હોય છે, જેમાં 81 રાઇબોસોમલ પ્રોટીનનો સમાન પરિવાર શામેલ છે. વિસ્તૃત rRNA સેગમેન્ટ્સના નુકસાનના પ્રતિભાવમાં માઇક્રોસ્પોરિડિયાના વિવિધ ક્લેડમાં msL1 અને msL2 નો દેખાવ સૂચવે છે કે પરોપજીવીના પરમાણુ સ્થાપત્યના અધોગતિને કારણે પરોપજીવીઓ વળતર આપનારા પરિવર્તનો શોધે છે, જે આખરે વિવિધ પરોપજીવી વસ્તી માળખામાં તેમના સંપાદન તરફ દોરી શકે છે.
છેલ્લે, જ્યારે અમારું મોડેલ પૂર્ણ થયું, ત્યારે અમે E. cuniculi ribosome ની રચનાની તુલના જીનોમ સિક્વન્સમાંથી આગાહી કરાયેલી રચના સાથે કરી. eL14, eL38, eL41 અને eS30 સહિત ઘણા રિબોસોમલ પ્રોટીન, E. cuniculi જિનોમમાંથી તેમના હોમોલોગ્સની સ્પષ્ટ ગેરહાજરીને કારણે અગાઉ E. cuniculi જિનોમમાંથી ગુમ હોવાનું માનવામાં આવતું હતું. મોટાભાગના અન્ય અત્યંત ઘટાડાયેલા ઇન્ટ્રાસેલ્યુલર પરોપજીવીઓ અને એન્ડોસિમ્બિઓન્ટ્સમાં પણ ઘણા રિબોસોમલ પ્રોટીનનું નુકસાન થવાની આગાહી કરવામાં આવી છે. ઉદાહરણ તરીકે, મોટાભાગના મુક્ત-જીવંત બેક્ટેરિયામાં 54 રિબોસોમલ પ્રોટીનનો એક જ પરિવાર હોય છે, પરંતુ આ પ્રોટીન પરિવારોમાંથી ફક્ત 11 માં યજમાન-પ્રતિબંધિત બેક્ટેરિયાના દરેક વિશ્લેષિત જીનોમમાં શોધી શકાય તેવા હોમોલોગ્સ હોય છે. આ ખ્યાલના સમર્થનમાં, V. necatrix અને P. locustae microsporidia માં રિબોસોમલ પ્રોટીનનું નુકસાન પ્રાયોગિક રીતે જોવા મળ્યું છે, જેમાં eL38 અને eL4131,32 પ્રોટીનનો અભાવ છે.
જોકે, અમારી રચનાઓ દર્શાવે છે કે E. cuniculi ribosome માં ફક્ત eL38, eL41 અને eS30 જ ખરેખર ખોવાઈ ગયા છે. eL14 પ્રોટીન સાચવવામાં આવ્યું હતું અને અમારી રચના દર્શાવે છે કે આ પ્રોટીન હોમોલોજી શોધમાં કેમ શોધી શકાયું નથી (આકૃતિ 7). E. cuniculi ribosomes માં, rRNA-એમ્પ્લીફાઇડ ES39L ના અધોગતિને કારણે eL14 બંધનકર્તા સ્થળનો મોટાભાગનો ભાગ ખોવાઈ ગયો છે. ES39L ની ગેરહાજરીમાં, eL14 એ તેની મોટાભાગની ગૌણ રચના ગુમાવી દીધી, અને E. cuniculi અને S. cerevisiae માં eL14 ક્રમનો માત્ર 18% ભાગ સમાન હતો. આ નબળું ક્રમ જાળવણી નોંધપાત્ર છે કારણ કે સેકરોમીસીસ cerevisiae અને Homo sapiens - 1.5 અબજ વર્ષોના અંતરે વિકસિત થયેલા જીવો - eL14 માં સમાન અવશેષોના 51% થી વધુ શેર કરે છે. સંરક્ષણનો આ અસામાન્ય ઘટાડો સમજાવે છે કે શા માટે E. cuniculi eL14 ને હાલમાં અનુમાનિત M970_061160 પ્રોટીન તરીકે એનોટેટ કરવામાં આવે છે અને eL1427 રિબોસોમલ પ્રોટીન તરીકે નહીં.
અને માઇક્રોસ્પોરિડિયા રાઇબોસોમે ES39L rRNA એક્સટેન્શન ગુમાવ્યું, જેણે eL14 રાઇબોસોમલ પ્રોટીન બંધનકર્તા સ્થળને આંશિક રીતે દૂર કર્યું. ES39L ની ગેરહાજરીમાં, eL14 માઇક્રોસ્પોર પ્રોટીન ગૌણ માળખાના નુકસાનમાંથી પસાર થાય છે, જેમાં ભૂતપૂર્વ rRNA-બંધનકર્તા α-હેલિક્સ ન્યૂનતમ લંબાઈના લૂપમાં અધોગતિ પામે છે. b બહુવિધ ક્રમ સંરેખણ દર્શાવે છે કે eL14 પ્રોટીન યુકેરીયોટિક પ્રજાતિઓમાં ખૂબ જ સંરક્ષિત છે (યીસ્ટ અને માનવ હોમોલોગ્સ વચ્ચે 57% ક્રમ ઓળખ), પરંતુ માઇક્રોસ્પોરિડિયામાં નબળી રીતે સંરક્ષિત અને વિભિન્ન છે (જેમાં 24% થી વધુ અવશેષો eL14 હોમોલોગ જેવા નથી). S. cerevisiae અથવા H. sapiens માંથી. આ નબળું ક્રમ સંરક્ષણ અને ગૌણ માળખું પરિવર્તનશીલતા સમજાવે છે કે શા માટે eL14 હોમોલોગ ક્યારેય E. cuniculi માં જોવા મળ્યું નથી અને શા માટે આ પ્રોટીન E. cuniculi માં ખોવાઈ ગયું હોવાનું માનવામાં આવે છે. તેનાથી વિપરીત, E. cuniculi eL14 ને અગાઉ અનુમાનિત M970_061160 પ્રોટીન તરીકે નોંધવામાં આવ્યું હતું. આ અવલોકન સૂચવે છે કે માઇક્રોસ્પોરિડિયા જીનોમ વિવિધતા હાલમાં વધુ પડતી અંદાજવામાં આવી છે: હાલમાં માઇક્રોસ્પોરિડિયામાં ખોવાયેલા માનવામાં આવતા કેટલાક જનીનો ખરેખર સચવાયેલા છે, જોકે ખૂબ જ અલગ સ્વરૂપોમાં; તેના બદલે, કેટલાક કૃમિ-વિશિષ્ટ પ્રોટીન (દા.ત., કાલ્પનિક પ્રોટીન M970_061160) માટે માઇક્રોસ્પોરિડિયા જનીનો માટે કોડિંગ કરવાનું માનવામાં આવે છે જે ખરેખર અન્ય યુકેરીયોટ્સમાં જોવા મળતા ખૂબ જ વૈવિધ્યસભર પ્રોટીન માટે કોડિંગ કરે છે.
આ શોધ સૂચવે છે કે rRNA ડિનેચરેશન નજીકના રિબોસોમલ પ્રોટીનમાં ક્રમ સંરક્ષણમાં નાટકીય નુકસાન તરફ દોરી શકે છે, જેના કારણે આ પ્રોટીન હોમોલોજી શોધ માટે શોધી શકાતા નથી. આમ, આપણે નાના જીનોમ સજીવોમાં પરમાણુ અધોગતિની વાસ્તવિક ડિગ્રીને વધારે પડતી અંદાજ આપી શકીએ છીએ, કારણ કે ખોવાયેલા માનવામાં આવતા કેટલાક પ્રોટીન ખરેખર ખૂબ જ બદલાયેલા સ્વરૂપોમાં ચાલુ રહે છે.
જીનોમના ઘટાડાની સ્થિતિમાં પરોપજીવીઓ તેમના પરમાણુ મશીનોનું કાર્ય કેવી રીતે જાળવી શકે છે? અમારો અભ્યાસ આ પ્રશ્નનો જવાબ E. ક્યુનિક્યુલીના જટિલ પરમાણુ બંધારણ (રાઇબોઝોમ)નું વર્ણન કરીને આપે છે, જે સૌથી નાના યુકેરીયોટિક જીનોમમાંનો એક સજીવ છે.
લગભગ બે દાયકાથી એ વાત જાણીતી છે કે માઇક્રોબાયલ પરોપજીવીઓમાં પ્રોટીન અને આરએનએ પરમાણુઓ ઘણીવાર મુક્ત-જીવંત પ્રજાતિઓમાં તેમના સમાન પરમાણુઓથી અલગ પડે છે કારણ કે તેમાં ગુણવત્તા નિયંત્રણ કેન્દ્રોનો અભાવ હોય છે, મુક્ત-જીવંત સૂક્ષ્મજીવોમાં તેમના કદના 50% સુધી ઘટાડી દેવામાં આવે છે, વગેરે. ઘણા નબળા પરિવર્તનો જે ફોલ્ડિંગ અને કાર્યને અવરોધે છે. ઉદાહરણ તરીકે, નાના જીનોમ સજીવોના રિબોઝોમ, જેમાં ઘણા અંતઃકોશિક પરોપજીવી અને એન્ડોસિમ્બિઓન્ટ્સનો સમાવેશ થાય છે, તેમાં મુક્ત-જીવંત પ્રજાતિઓની તુલનામાં ઘણા રિબોસોમલ પ્રોટીન અને એક તૃતીયાંશ rRNA ન્યુક્લિયોટાઇડ્સનો અભાવ હોવાની અપેક્ષા છે 27, 29, 30, 49. જો કે, પરોપજીવીમાં આ પરમાણુઓ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તે મોટે ભાગે એક રહસ્ય રહે છે, જેનો અભ્યાસ મુખ્યત્વે તુલનાત્મક જીનોમિક્સ દ્વારા કરવામાં આવે છે.
અમારા અભ્યાસ દર્શાવે છે કે મેક્રોમોલેક્યુલ્સની રચના ઉત્ક્રાંતિના ઘણા પાસાઓ જાહેર કરી શકે છે જે આંતરકોશીય પરોપજીવીઓ અને અન્ય યજમાન-પ્રતિબંધિત સજીવોના પરંપરાગત તુલનાત્મક જીનોમિક અભ્યાસોમાંથી કાઢવા મુશ્કેલ છે (પૂરક આકૃતિ 7). ઉદાહરણ તરીકે, eL14 પ્રોટીનનું ઉદાહરણ દર્શાવે છે કે આપણે પરોપજીવી પ્રજાતિઓમાં પરમાણુ ઉપકરણના અધોગતિના વાસ્તવિક ડિગ્રીને વધારે પડતો અંદાજ આપી શકીએ છીએ. એન્સેફાલિટીક પરોપજીવીઓમાં હવે સેંકડો માઇક્રોસ્પોરિડિયા-વિશિષ્ટ જનીનો હોવાનું માનવામાં આવે છે. જો કે, અમારા પરિણામો દર્શાવે છે કે આ દેખીતી રીતે ચોક્કસ જનીનોમાંથી કેટલાક વાસ્તવમાં જનીનોના ખૂબ જ અલગ પ્રકારો છે જે અન્ય યુકેરીયોટ્સમાં સામાન્ય છે. વધુમાં, msL2 પ્રોટીનનું ઉદાહરણ બતાવે છે કે આપણે નવા રિબોસોમલ પ્રોટીનને કેવી રીતે અવગણીએ છીએ અને પરોપજીવી પરમાણુ મશીનોની સામગ્રીને ઓછો અંદાજ આપીએ છીએ. નાના અણુઓનું ઉદાહરણ બતાવે છે કે આપણે પરોપજીવી પરમાણુ માળખામાં સૌથી બુદ્ધિશાળી નવીનતાઓને કેવી રીતે અવગણી શકીએ છીએ જે તેમને નવી જૈવિક પ્રવૃત્તિ આપી શકે છે.
એકસાથે લેવામાં આવે તો, આ પરિણામો યજમાન-પ્રતિબંધિત સજીવોના પરમાણુ માળખા અને મુક્ત-જીવંત સજીવોમાં તેમના સમકક્ષો વચ્ચેના તફાવતોની આપણી સમજણમાં સુધારો કરે છે. અમે બતાવીએ છીએ કે પરમાણુ મશીનો, જે લાંબા સમયથી ઘટાડવામાં આવે છે, અધોગતિ પામે છે અને વિવિધ કમજોર પરિવર્તનોને આધિન હોવાનું માનવામાં આવે છે, તેના બદલે વ્યવસ્થિત રીતે અવગણવામાં આવેલા અસામાન્ય માળખાકીય લક્ષણોનો સમૂહ ધરાવે છે.
બીજી બાજુ, E. cuniculi ના રિબોઝોમમાં મળેલા બિન-ભારે rRNA ટુકડાઓ અને ફ્યુઝ્ડ ટુકડાઓ સૂચવે છે કે જીનોમ ઘટાડો મૂળભૂત પરમાણુ મશીનરીના તે ભાગોને પણ બદલી શકે છે જે જીવનના ત્રણ ક્ષેત્રોમાં સચવાયેલા છે - લગભગ 3.5 અબજ વર્ષ પછી. પ્રજાતિઓના સ્વતંત્ર ઉત્ક્રાંતિ.
એન્ડોસિમ્બાયોટિક બેક્ટેરિયામાં RNA પરમાણુઓના અગાઉના અભ્યાસોના પ્રકાશમાં E. cuniculi ribosomes માં બલ્જ-ફ્રી અને ફ્યુઝ્ડ rRNA ટુકડાઓ ખાસ રસ ધરાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, એફિડ એન્ડોસિમ્બિઓન્ટ બુચનેરા એફિડિકોલામાં, rRNA અને tRNA પરમાણુઓ A+T રચના પૂર્વગ્રહ અને બિન-પ્રમાણભૂત આધાર જોડીઓના ઊંચા પ્રમાણને કારણે તાપમાન-સંવેદનશીલ માળખાં ધરાવતા હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. RNA માં આ ફેરફારો, તેમજ પ્રોટીન પરમાણુઓમાં ફેરફારો, હવે ભાગીદારો પર એન્ડોસિમ્બિઓન્ટ્સની વધુ પડતી નિર્ભરતા અને ગરમી 21, 23 સ્થાનાંતરિત કરવામાં એન્ડોસિમ્બિઓન્ટ્સની અસમર્થતા માટે જવાબદાર હોવાનું માનવામાં આવે છે. જોકે પરોપજીવી માઇક્રોસ્પોરિડિયા rRNA માં માળખાકીય રીતે અલગ ફેરફારો છે, આ ફેરફારોની પ્રકૃતિ સૂચવે છે કે ઘટાડેલા જીનોમવાળા સજીવોમાં RNA પરમાણુઓના સામાન્ય લક્ષણોમાં ઘટાડો થર્મલ સ્થિરતા અને ચેપરોન પ્રોટીન પર વધુ નિર્ભરતા હોઈ શકે છે.
બીજી બાજુ, અમારી રચનાઓ દર્શાવે છે કે પરોપજીવી માઇક્રોસ્પોરિડિયાએ વ્યાપકપણે સંરક્ષિત rRNA અને પ્રોટીન ટુકડાઓનો પ્રતિકાર કરવાની અનન્ય ક્ષમતા વિકસાવી છે, જે અધોગતિ પામેલા rRNA અને પ્રોટીન ટુકડાઓના માળખાકીય અનુકરણ તરીકે વિપુલ પ્રમાણમાં અને સરળતાથી ઉપલબ્ધ નાના ચયાપચયનો ઉપયોગ કરવાની ક્ષમતા વિકસાવે છે. પરમાણુ બંધારણનું અધોગતિ. . આ અભિપ્રાય એ હકીકત દ્વારા સમર્થિત છે કે E. cuniculi ના rRNA અને રિબોઝોમમાં પ્રોટીન ટુકડાઓના નુકસાનની ભરપાઈ કરતા નાના અણુઓ uL15 અને eL30 પ્રોટીનમાં માઇક્રોસ્પોરિડિયા-વિશિષ્ટ અવશેષો સાથે જોડાય છે. આ સૂચવે છે કે નાના અણુઓનું રિબોઝોમ સાથે જોડાણ એ હકારાત્મક પસંદગીનું ઉત્પાદન હોઈ શકે છે, જેમાં રિબોસોમલ પ્રોટીનમાં માઇક્રોસ્પોરિડિયા-વિશિષ્ટ પરિવર્તનને નાના અણુઓ માટે રિબોઝોમના આકર્ષણને વધારવાની તેમની ક્ષમતા માટે પસંદ કરવામાં આવ્યું છે, જે વધુ કાર્યક્ષમ રિબોસોમલ સજીવો તરફ દોરી શકે છે. આ શોધ માઇક્રોબાયલ પરોપજીવીઓના પરમાણુ માળખામાં એક સ્માર્ટ નવીનતા દર્શાવે છે અને અમને કેવી રીતે પરોપજીવી પરમાણુ માળખાં ઘટાડાત્મક ઉત્ક્રાંતિ છતાં તેમના કાર્યને જાળવી રાખે છે તેની વધુ સારી સમજ આપે છે.
હાલમાં, આ નાના અણુઓની ઓળખ અસ્પષ્ટ છે. માઇક્રોસ્પોરિડિયા પ્રજાતિઓ વચ્ચે રિબોસોમલ માળખામાં આ નાના અણુઓનો દેખાવ કેમ અલગ છે તે સ્પષ્ટ નથી. ખાસ કરીને, V. નેકેટ્રિક્સના eL20 અને K172 પ્રોટીનમાં F170 અવશેષોની હાજરી હોવા છતાં, E. cuniculi અને P. locustae ના રિબોસોમમાં ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધન શા માટે જોવા મળે છે, અને V. necatrix ના રિબોસોમમાં કેમ નહીં તે સ્પષ્ટ નથી. આ કાઢી નાખવાનું કારણ અવશેષ 43 uL6 (ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધન ખિસ્સાની બાજુમાં સ્થિત) હોઈ શકે છે, જે V. necatrix માં ટાયરોસિન છે અને E. cuniculi અને P. locustae માં થ્રેઓનાઇન નથી. Tyr43 ની વિશાળ સુગંધિત બાજુની સાંકળ સ્ટીરિક ઓવરલેપને કારણે ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધનમાં દખલ કરી શકે છે. વૈકલ્પિક રીતે, સ્પષ્ટ ન્યુક્લિયોટાઇડ કાઢી નાખવાનું કારણ ક્રાયો-EM ઇમેજિંગના ઓછા રિઝોલ્યુશન હોઈ શકે છે, જે V. necatrix ribosomal ટુકડાઓના મોડેલિંગને અવરોધે છે.
બીજી બાજુ, અમારા કાર્ય સૂચવે છે કે જીનોમ સડોની પ્રક્રિયા એક શોધક શક્તિ હોઈ શકે છે. ખાસ કરીને, E. cuniculi ribosome ની રચના સૂચવે છે કે માઇક્રોસ્પોરિડિયા રાયબોઝોમમાં rRNA અને પ્રોટીન ટુકડાઓનું નુકસાન ઉત્ક્રાંતિ દબાણ બનાવે છે જે રાયબોઝોમ માળખામાં ફેરફારોને પ્રોત્સાહન આપે છે. આ પ્રકારો રાયબોઝોમના સક્રિય સ્થળથી દૂર જોવા મળે છે અને શ્રેષ્ઠ રાયબોઝોમ એસેમ્બલી જાળવવા (અથવા પુનઃસ્થાપિત) કરવામાં મદદ કરે છે જે અન્યથા ઘટાડેલા rRNA દ્વારા વિક્ષેપિત થશે. આ સૂચવે છે કે માઇક્રોસ્પોરિડિયા રાયબોઝોમનું એક મુખ્ય નવીનતા જનીન પ્રવાહને બફર કરવાની જરૂરિયાતમાં વિકસિત થયું હોય તેવું લાગે છે.
કદાચ આ ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધન દ્વારા શ્રેષ્ઠ રીતે દર્શાવવામાં આવ્યું છે, જે અત્યાર સુધી અન્ય સજીવોમાં ક્યારેય જોવા મળ્યું નથી. ન્યુક્લિયોટાઇડ-બંધનકર્તા અવશેષો લાક્ષણિક માઇક્રોસ્પોરિડિયામાં હાજર છે, પરંતુ અન્ય યુકેરીયોટ્સમાં નથી, તે હકીકત સૂચવે છે કે ન્યુક્લિયોટાઇડ-બંધનકર્તા સ્થળો ફક્ત અદૃશ્ય થવાની રાહ જોતા અવશેષો નથી, અથવા rRNA માટે વ્યક્તિગત ન્યુક્લિયોટાઇડ્સના સ્વરૂપમાં પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે અંતિમ સ્થળ નથી. તેના બદલે, આ સ્થળ એક ઉપયોગી લક્ષણ જેવું લાગે છે જે હકારાત્મક પસંદગીના ઘણા રાઉન્ડમાં વિકસિત થઈ શકે છે. ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધનકર્તા સ્થળો કુદરતી પસંદગીનું આડપેદાશ હોઈ શકે છે: એકવાર ES39L અધોગતિ પામે છે, માઇક્રોસ્પોરિડિયાને ES39L ની ગેરહાજરીમાં શ્રેષ્ઠ રિબોઝોમ બાયોજેનેસિસ પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે વળતર મેળવવાની ફરજ પાડવામાં આવે છે. કારણ કે આ ન્યુક્લિયોટાઇડ ES39L માં A3186 ન્યુક્લિયોટાઇડના પરમાણુ સંપર્કોની નકલ કરી શકે છે, ન્યુક્લિયોટાઇડ પરમાણુ રિબોઝોમનો એક બિલ્ડીંગ બ્લોક બની જાય છે, જેનું બંધન eL30 ક્રમના પરિવર્તન દ્વારા વધુ સુધારેલ છે.
અંતઃકોશિક પરોપજીવીઓના પરમાણુ ઉત્ક્રાંતિના સંદર્ભમાં, અમારો અભ્યાસ દર્શાવે છે કે ડાર્વિનિયન કુદરતી પસંદગી અને જીનોમ સડોના આનુવંશિક પ્રવાહના દળો સમાંતર રીતે કાર્ય કરતા નથી, પરંતુ ઓસીલેટ થાય છે. પ્રથમ, આનુવંશિક પ્રવાહ બાયોમોલેક્યુલ્સના મહત્વપૂર્ણ લક્ષણોને દૂર કરે છે, જેના કારણે વળતર ખૂબ જ જરૂરી બને છે. જ્યારે પરોપજીવીઓ ડાર્વિનિયન કુદરતી પસંદગી દ્વારા આ જરૂરિયાતને પૂર્ણ કરશે ત્યારે જ તેમના મેક્રોમોલેક્યુલ્સને તેમના સૌથી પ્રભાવશાળી અને નવીન લક્ષણો વિકસાવવાની તક મળશે. મહત્વપૂર્ણ રીતે, E. ક્યુનિક્યુલી રિબોઝોમમાં ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધનકર્તા સ્થળોનું ઉત્ક્રાંતિ સૂચવે છે કે પરમાણુ ઉત્ક્રાંતિની આ નુકસાન-થી-લાભ પેટર્ન માત્ર હાનિકારક પરિવર્તનોને જ ઘટાડતી નથી, પરંતુ કેટલીકવાર પરોપજીવી મેક્રોમોલેક્યુલ્સ પર સંપૂર્ણપણે નવા કાર્યો પ્રદાન કરે છે.
આ વિચાર સેવેલ રાઈટના ગતિશીલ સંતુલન સિદ્ધાંત સાથે સુસંગત છે, જે જણાવે છે કે કુદરતી પસંદગીની કડક પ્રણાલી સજીવોની નવીનતા લાવવાની ક્ષમતાને મર્યાદિત કરે છે51,52,53. જો કે, જો આનુવંશિક પ્રવાહ કુદરતી પસંદગીને વિક્ષેપિત કરે છે, તો આ પ્રવાહો એવા ફેરફારો ઉત્પન્ન કરી શકે છે જે પોતે અનુકૂલનશીલ (અથવા તો હાનિકારક) નથી પરંતુ વધુ ફેરફારો તરફ દોરી જાય છે જે ઉચ્ચ તંદુરસ્તી અથવા નવી જૈવિક પ્રવૃત્તિ પ્રદાન કરે છે. અમારું માળખું આ વિચારને સમર્થન આપે છે કે બાયોમોલેક્યુલના ગણો અને કાર્યને ઘટાડે છે તે જ પ્રકારનું પરિવર્તન તેના સુધારણા માટે મુખ્ય ટ્રિગર દેખાય છે. જીત-જીત ઉત્ક્રાંતિ મોડેલ સાથે સુસંગત, અમારો અભ્યાસ દર્શાવે છે કે જીનોમ સડો, જેને પરંપરાગત રીતે ડિજનરેટિવ પ્રક્રિયા તરીકે જોવામાં આવે છે, તે પણ નવીનતાનો મુખ્ય ચાલક છે, ક્યારેક અને કદાચ ઘણીવાર મેક્રોમોલેક્યુલ્સને નવી પરોપજીવી પ્રવૃત્તિઓ પ્રાપ્ત કરવાની મંજૂરી આપે છે. તેનો ઉપયોગ કરી શકે છે.