Nature.com сайтына киргениңиз үчүн рахмат. Сиз колдонуп жаткан браузердин версиясында CSS колдоосу чектелүү. Эң жакшы тажрыйба алуу үчүн, жаңыртылган браузерди колдонууну сунуштайбыз (же Internet Explorerде шайкештик режимин өчүрүңүз). Ошол эле учурда, үзгүлтүксүз колдоону камсыз кылуу үчүн, биз сайтты стилдерсиз жана JavaScriptсиз көрсөтөбүз.
Микробдук мителердин эволюциясы мителердин жакшырышына алып келген табигый тандалуу менен мителердин гендерин жоготуп, зыяндуу мутацияларды топтошуна алып келген генетикалык дрейфтин ортосундагы каршы аракетти камтыйт. Бул жерде, бул каршы аракет бир макромолекуланын масштабында кантип пайда болорун түшүнүү үчүн, биз жаратылыштагы эң кичинекей геномдордун бирине ээ болгон эукариоттук организм болгон Encephalitozoon cuniculi рибосомасынын крио-ЭМ түзүлүшүн сүрөттөйбүз. E. cuniculi рибосомаларындагы рРНКнын өтө редукциясы мурда белгисиз болгон биригишкен рРНК байланыштыргычтарынын жана томпоксуз рРНКнын эволюциясы сыяктуу болуп көрбөгөндөй структуралык өзгөрүүлөр менен коштолот. Мындан тышкары, E. cuniculi рибосомалары майда молекулаларды деградацияланган рРНК фрагменттеринин жана белоктордун структуралык имитациялары катары колдонуу жөндөмүн өнүктүрүү менен рРНК фрагменттеринин жана белоктордун жоголушунан аман калган. Жалпысынан алганда, биз көптөн бери редукцияланган, дегенерацияланган жана алсыратуучу мутацияларга дуушар болгон деп эсептелген молекулярдык түзүлүштөр өтө молекулярдык жыйрылууларга карабастан, аларды активдүү кармап турган бир катар компенсатордук механизмдерге ээ экенин көрсөтөбүз.
Микробдук мителердин көпчүлүк топтору өздөрүнүн ээлерин пайдалануу үчүн уникалдуу молекулярдык куралдарга ээ болгондуктан, биз көп учурда ар кандай мите топтору үчүн ар кандай терапиялык каражаттарды иштеп чыгууга аргасыз болобуз1,2. Бирок, жаңы далилдер мителердин эволюциясынын айрым аспектилери конвергенттүү жана көбүнчө алдын ала айтууга боло тургандыгын көрсөтүп турат, бул микробдук мителерге кеңири терапиялык кийлигишүү үчүн потенциалдуу негизди көрсөтөт3,4,5,6,7,8,9.
Мурунку иштер микробдук мителердин геномдун редукциясы же геномдун чириши деп аталган жалпы эволюциялык тенденциясын аныктаган10,11,12,13. Азыркы изилдөөлөр көрсөткөндөй, микроорганизмдер эркин жашоо образынан баш тартып, клетка ичиндеги мителерге (же эндосимбионтторго) айланганда, алардын геномдору миллиондогон жылдар бою жай, бирок таң калыштуу метаморфозаларга дуушар болот9,11. Геномдун чириши деп аталган процессте микробдук мителер мурда маанилүү болгон көптөгөн гендерди псевдогендерге айландырган зыяндуу мутацияларды топтошот, бул гендердин акырындык менен жоголушуна жана мутациялык коллапска алып келет14,15. Бул коллапс эркин жашоочу түрлөргө салыштырмалуу эң эски клетка ичиндеги организмдердеги гендердин 95% га чейин жок кылышы мүмкүн. Ошентип, клетка ичиндеги мителердин эволюциясы эки карама-каршы күчтүн ортосундагы күрөш болуп саналат: дарвиндик табигый тандалуу, бул мителердин жакшырышына алып келет жана геномдун кыйрашы, бул мителерди унутууга алып келет. Мите кантип бул күрөштөн чыгып, молекулярдык түзүлүшүнүн активдүүлүгүн сактап калганы белгисиз бойдон калууда.
Геномдун чирүү механизми толук түшүнүктүү болбосо да, ал негизинен генетикалык дрейфтин тез-тез өзгөрүшүнөн улам пайда болот окшойт. Мите курттар кичинекей, жыныссыз жана генетикалык жактан чектелген популяцияларда жашагандыктан, алар ДНКнын репликациясы учурунда кээде пайда болгон зыяндуу мутацияларды натыйжалуу жок кыла алышпайт. Бул зыяндуу мутациялардын кайтарылгыс топтолушуна жана мите курттун геномунун азайышына алып келет. Натыйжада, мите курт клетка ичиндеги чөйрөдө жашоосу үчүн зарыл болбогон гендерди гана жоготпойт. Бул мутациялардын геном боюнча, анын ичинде эң маанилүү гендеринин топтолушуна мите курттардын популяцияларынын спорадикалык зыяндуу мутацияларды натыйжалуу жок кыла албагандыгы себеп болот.
Геномдун редукциясы жөнүндөгү азыркы түшүнүгүбүздүн көпчүлүгү геномдун ырааттуулугун салыштырууга гана негизделген, үй кызматын аткарган жана потенциалдуу дары-дармек буталары катары кызмат кылган чыныгы молекулалардын өзгөрүүлөрүнө аз көңүл бурулат. Салыштырмалуу изилдөөлөр көрсөткөндөй, зыяндуу клетка ичиндеги микробдук мутациялардын жүгү белоктордун жана нуклеин кислоталарынын туура эмес бүктөлүшүнө жана агрегацияланышына алып келет, бул аларды шаперонго көз каранды жана ысыкка өтө сезгич кылат19,20,21,22,23. Мындан тышкары, ар кандай мителер - көз карандысыз эволюция кээде 2,5 миллиард жылга чейин бөлүнгөн - белок синтезинде5,6 жана ДНКны калыбына келтирүү механизмдеринде24 сапатты көзөмөлдөө борборлорунун ушундай эле жоготуусуна дуушар болушкан. Бирок, клетка ичиндеги жашоо образынын клеткалык макромолекулалардын бардык башка касиеттерине, анын ичинде зыяндуу мутациялардын көбөйүп бараткан жүгүнө молекулярдык адаптацияга тийгизген таасири жөнүндө аз маалымат бар.
Бул иште клетка ичиндеги микроорганизмдердин белокторунун жана нуклеин кислоталарынын эволюциясын жакшыраак түшүнүү үчүн, биз клетка ичиндеги мите Encephalitozoon cuniculi рибосомаларынын түзүлүшүн аныктадык. E. cuniculi - бул адаттан тыш кичинекей эукариоттук геномдорго ээ болгон жана ошондуктан геномдун чирүүсүн изилдөө үчүн модель организмдер катары колдонулган мите микроспоридиянын тобуна кирген козу карын сымал организм25,26,27,28,29,30. Жакында эле Microsporidia, Paranosema locustae жана Vairimorpha necatrix31,32 (~3,2 Mb геном) орточо кыскартылган геномдору үчүн крио-ЭМ рибосомасынын түзүлүшү аныкталды. Бул түзүлүштөр рРНКнын амплификациясынын бир аз жоголушу коңшу рибосомалык белоктордун ортосундагы жаңы байланыштардын өнүгүшү же жаңы msL131,32 рибосомалык белоктордун алынышы менен компенсацияланат деп божомолдойт. Энцефалитозой түрү (геному ~2,5 миллион б.п.), эң жакын тууганы Ordospora менен бирге, эукариоттордо геномдун редукциясынын эң жогорку даражасын көрсөтөт – аларда 2000ден аз белок коддоочу гендер бар жана алардын рибосомаларында рРНК кеңейүү фрагменттери (эукариоттук рибосомаларды бактериялык рибосомалардан айырмалаган рРНК фрагменттери) гана эмес, ошондой эле E. cuniculi геномунда гомологдордун жоктугунан улам төрт рибосомалык белок бар деп күтүлүүдө26,27,28. Ошондуктан, биз E. cuniculi рибосомасынын геномдун чирүүсүнө молекулярдык адаптациялоо үчүн мурда белгисиз болгон стратегияларды ачып бере алары жөнүндө жыйынтыкка келдик.
Биздин крио-ЭМ түзүлүшүбүз мүнөздөлүшү керек болгон эң кичинекей эукариоттук цитоплазмалык рибосоманы билдирет жана геномдун редукциясынын акыркы даражасы клетканын ажырагыс бөлүгү болгон молекулярдык механизмдин түзүлүшүнө, чогулушуна жана эволюциясына кандай таасир этерин түшүнүүгө мүмкүндүк берет. Биз E. cuniculi рибосомасынын РНКнын бүктөлүшү жана рибосома чогулушунун кеңири сакталган көптөгөн принциптерин бузарын аныктадык жана мурда белгисиз болгон жаңы рибосомалык белокту ачтык. Күтүлбөгөн жерден, биз микроспоридия рибосомаларынын кичинекей молекулаларды байланыштыруу жөндөмү эволюцияланганын көрсөтөбүз жана рРНКдагы жана белоктордогу кыскартуулар рибосомага пайдалуу сапаттарды бере турган эволюциялык инновацияларды козгойт деп божомолдойбуз.
Клетка ичиндеги организмдердеги белоктордун жана нуклеин кислоталарынын эволюциясын түшүнүүбүздү жакшыртуу үчүн, биз инфекцияланган сүт эмүүчүлөрдүн клеткаларынын культураларынан E. cuniculi спораларын бөлүп алууну чечтик, бул алардын рибосомаларын тазалоо жана бул рибосомалардын түзүлүшүн аныктоо үчүн жасалды. Микроспоридияларды азык чөйрөсүндө өстүрүүгө мүмкүн болбогондуктан, көп сандагы мите микроспоридияларды алуу кыйын. Анын ордуна, алар кожоюн клетканын ичинде гана өсөт жана көбөйөт. Ошондуктан, рибосомаларды тазалоо үчүн E. cuniculi биомассасын алуу үчүн, биз сүт эмүүчүлөрдүн бөйрөк клетка линиясы RK13тү E. cuniculi споралары менен жуктуруп, E. cuniculi өсүп, көбөйүшү үчүн бул инфекцияланган клеткаларды бир нече жума бою өстүрдүк. Жарым чарчы метрге жакын инфекцияланган клетканын монокабатын колдонуп, биз болжол менен 300 мг Microsporidia спораларын тазалап, аларды рибосомаларды бөлүп алуу үчүн колдоно алдык. Андан кийин биз тазаланган спораларды айнек шурулары менен талкалап, чийки рибосомаларды лизаттардын этап-этабы менен полиэтиленгликоль фракциялоосун колдонуп бөлүп алдык. Бул бизге структуралык анализ үчүн болжол менен 300 мкг чийки E. cuniculi рибосомаларын алууга мүмкүндүк берди.
Андан кийин биз алынган рибосома үлгүлөрүн колдонуп, крио-ЭМ сүрөттөрүн чогулттук жана бул сүрөттөрдү чоң рибосомалык суббирдикке, кичинекей суббирдиктин башына жана кичинекей суббирдикке туура келген маскаларды колдонуп иштеттик. Бул процесстин жүрүшүндө биз болжол менен 108 000 рибосомалык бөлүкчөлөрдүн сүрөттөрүн чогулттук жана 2,7 Å чечилиштеги крио-ЭМ сүрөттөрүн эсептедик (1-3-кошумча сүрөттөр). Андан кийин биз E. cuniculi рибосомалары менен байланышкан рРНКны, рибосомалык белокту жана кышкы уйку фактору Mdf1ди моделдөө үчүн криоЭМ сүрөттөрүн колдондук (1a, b-сүрөт).
a Кыштоо фактору Mdf1 менен комплекстүү E. cuniculi рибосомасынын түзүлүшү (pdb id 7QEP). b E. cuniculi рибосомасына байланыштуу Mdf1 кыштоо факторунун картасы. c Микроспоридиялык түрлөрдөгү калыбына келтирилген рРНКны белгилүү рибосомалык түзүлүштөр менен салыштырган экинчилик түзүлүш картасы. Панелдерде декоддоочу жерди (DC), сарцинцин илмегин (SRL) жана пептидилтрансфераза борборун (PTC) кошо алганда, күчөтүлгөн рРНК фрагменттеринин (ES) жана рибосоманын активдүү жерлеринин жайгашкан жери көрсөтүлгөн. d E. cuniculi рибосомасынын пептидилтрансфераза борборуна туура келген электрон тыгыздыгы бул каталитикалык жер E. cuniculi митесинде жана анын ээлеринде, анын ичинде H. sapiensте бирдей түзүлүшкө ээ экенин көрсөтүп турат. e, f Декоддоо борборунун тиешелүү электрондук тыгыздыгы (e) жана декоддоо борборунун схемалык түзүлүшү (f) E. cuniculiде башка көптөгөн эукариоттордо A1491дин (E. coli номерлөө) ордуна U1491 калдыктары бар экенин көрсөтүп турат. Бул өзгөрүү E. cuniculi бул активдүү борборду бутага алган антибиотиктерге сезгич болушу мүмкүн экенин көрсөтүп турат.
V. necatrix жана P. locqustae рибосомаларынын мурда түзүлгөн структураларынан айырмаланып (эки структура тең бир эле Nosematidae микроспоридия тукумуна кирет жана бири-бирине абдан окшош), 31,32 E. cuniculi рибосомалары рРНК жана белоктордун фрагментациясынын көптөгөн процесстеринен өтөт. Андан ары денатурация (4-6-кошумча сүрөттөр). рРНКда эң таң калыштуу өзгөрүүлөргө күчөтүлгөн 25S рРНК фрагменти ES12L толугу менен жоголушу жана h39, h41 жана H18 спиралдарынын жарым-жартылай дегенерациясы кирген (1c-сүрөт, 4-кошумча сүрөт). Рибосомалык белоктордун ичинен эң таң калыштуу өзгөрүүлөргө eS30 белокторунун толук жоголушу жана eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17 жана eS7 белокторунун кыскарышы кирген (4, 5-кошумча сүрөттөр).
Ошентип, Encephalotozoon/Ordospora түрлөрүнүн геномдорунун өтө кыскарышы алардын рибосомасынын түзүлүшүндө чагылдырылат: E. cuniculi рибосомалары структуралык мүнөздөмөгө дуушар болгон эукариоттук цитоплазмалык рибосомаларда белоктун курамынын эң кескин жоготуусун башынан өткөрөт жана аларда эукариоттордо гана эмес, жашоонун үч тармагында да кеңири сакталган рРНК жана белок фрагменттери жок. E. cuniculi рибосомасынын түзүлүшү бул өзгөрүүлөр үчүн биринчи молекулярдык моделди камсыз кылат жана салыштырмалуу геномика жана клетка ичиндеги биомолекулярдык түзүлүштү изилдөө тарабынан көңүл сыртында калган эволюциялык окуяларды ачып берет (7-кошумча сүрөт). Төмөндө биз бул окуялардын ар бирин алардын ыктымалдуу эволюциялык келип чыгышы жана рибосоманын функциясына тийгизген потенциалдуу таасири менен бирге сүрөттөйбүз.
Андан кийин биз чоң рРНКнын кыскарышынан тышкары, E. cuniculi рибосомаларынын активдүү борборлорунун биринде рРНКнын вариациялары бар экенин аныктадык. E. cuniculi рибосомасынын пептидилтрансфераза борбору башка эукариоттук рибосомалар менен бирдей түзүлүшкө ээ болгону менен (1d-сүрөт), декоддоо борбору 1491 нуклеотидиндеги ырааттуулуктун өзгөрүшүнөн улам айырмаланат (E. coli номерлөө, 1e-сүрөт, f). Бул байкоо маанилүү, анткени эукариоттук рибосомалардын декоддоо жеринде, адатта, бактериялык типтеги A1408 жана G1491 калдыктарына салыштырмалуу G1408 жана A1491 калдыктары бар. Бул өзгөрүү бактериялык жана эукариоттук рибосомалардын аминогликозиддик үй-бүлөсүнө жана декоддоо жерин бутага алган башка кичинекей молекулаларга ар кандай сезгичтигинин негизинде жатат. E. cuniculi рибосомасынын декоддоо жеринде A1491 калдыгы U1491 менен алмаштырылган, бул активдүү борборду бутага алган кичинекей молекулалар үчүн уникалдуу байланыш интерфейсин түзүүгө мүмкүндүк берет. Ошол эле A14901 варианты P. loccate жана V. necatrix сыяктуу башка микроспорияларда да кездешет, бул анын микроспория түрлөрүнүн арасында кеңири таралгандыгын көрсөтүп турат (1f-сүрөт).
E. cuniculi рибосомасынын үлгүлөрү зат алмашуу жагынан активдүү эмес споралардан бөлүнүп алынгандыктан, биз мурда сүрөттөлгөн рибосоманын стресс же ачкачылык шарттарында байланышы үчүн E. cuniculi крио-ЭМ картасын текшердик. Кышкы уйку факторлору 31,32,36,37, 38. Биз кышкы уйкудагы рибосоманын мурда аныкталган түзүлүшүн E. cuniculi рибосомасынын крио-ЭМ картасы менен дал келтирдик. Док үчүн S. cerevisiae рибосомалары кышкы уйку фактору Stm138 менен комплексте, чегиртке рибосомалары Lso232 фактору менен комплексте жана V. necatrix рибосомалары Mdf1 жана Mdf231 факторлору менен комплексте колдонулган. Ошол эле учурда, биз эс алуу фактору Mdf1ге туура келген крио-ЭМ тыгыздыгын таптык. Mdf1 V. necatrix рибосомасына байланышкандай эле, Mdf1 ошондой эле E. cuniculi рибосомасына байланышат, ал жерде рибосоманын E сайтына бөгөт коёт, бул, дененин инактивациясында мите споралары зат алмашуу жагынан активдүү болбой калганда рибосомалардын жеткиликтүү болушуна жардам берет (2-сүрөт).
Mdf1 рибосоманын E сайтына бөгөт коёт, ал мите споралары зат алмашуу жагынан активдүү эмес болуп калганда рибосоманын активдешпешине жардам берет окшойт. E. cuniculi рибосомасынын түзүлүшүндө Mdf1 белок синтези учурунда рибосомадан деацилденген тРНКнын бөлүнүп чыгышын жеңилдеткен рибосоманын бөлүгү болгон L1 рибосома сабагы менен мурда белгисиз байланыш түзөрүн аныктадык. Бул байланыштар Mdf1 деацетилденген тРНК сыяктуу эле механизмди колдонуп рибосомадан ажыраарын көрсөтүп турат, бул рибосоманын белок синтезин кайра жандандыруу үчүн Mdf1ди кантип алып салышынын мүмкүн болгон түшүндүрмөсүн берет.
Бирок, биздин түзүлүшүбүз Mdf1 менен L1 рибосоманын буту (белок синтези учурунда рибосомадан деацилденген тРНКны бөлүп чыгарууга жардам берүүчү рибосоманын бөлүгү) ортосунда белгисиз байланышты аныктады. Атап айтканда, Mdf1 деацилденген тРНК молекуласынын чыканак сегменти сыяктуу эле байланыштарды колдонот (2-сүрөт). Бул мурда белгисиз болгон молекулярдык моделдөө Mdf1 деацетилденген тРНК сыяктуу эле механизмди колдонуп рибосомадан ажырай турганын көрсөттү, бул рибосома белок синтезин кайра жандандыруу үчүн бул кышкы уйку факторун кантип алып салаарын түшүндүрөт.
рРНК моделин түзүүдө биз E. cuniculi рибосомасында анормалдуу түрдө бүктөлгөн рРНК фрагменттери бар экенин аныктадык, аларды биз биригишкен рРНК деп атадык (3-сүрөт). Жашоонун үч тармагын камтыган рибосомаларда рРНК көпчүлүк рРНКнын негиздери база жуптары болуп, бири-бири менен бүктөлүп же рибосомалык белоктор менен өз ара аракеттенишүүчү түзүлүштөргө бүктөлөт38,39,40. Бирок, E. cuniculi рибосомаларында рРНКлар спиралдарынын айрымдарын жайылган рРНК аймактарына айландыруу менен бул бүктөлүү принцибин бузгандай.
S. cerevisiae, V. necatrix жана E. cuniculiдеги H18 25S рРНК спиралынын түзүлүшү. Адатта, үч жашоо доменин камтыган рибосомаларда бул байланыштыруучу 24төн 34кө чейинки калдыктарды камтыган РНК спиралына оролуп калат. Микроспоридияларда, тескерисинче, бул рРНК байланыштыруучу акырындык менен 12 гана калдыкты камтыган эки бир тизмектүү уридинге бай байланыштыруучуга чейин азаят. Бул калдыктардын көпчүлүгү эриткичтерге дуушар болот. Сүрөттө мите микроспоридиянын рРНК бүктөлүшүнүн жалпы принциптерин бузгандай көрүнгөнү көрүнүп турат, мында рРНК негиздери адатта башка негиздер менен байланышат же рРНК-белок өз ара аракеттенүүсүнө катышат. Микроспоридияларда кээ бир рРНК фрагменттери жагымсыз бүктөлүүгө ээ болот, мында мурунку рРНК спиралы дээрлик түз сызык боюнча созулган бир тизмектүү фрагментке айланат. Бул адаттан тыш аймактардын болушу микроспоридия рРНКсына алыскы рРНК фрагменттерин минималдуу сандагы РНК негиздерин колдонуп байланыштырууга мүмкүндүк берет.
Бул эволюциялык өткөөлдүн эң таң калыштуу мисалы H18 25S рРНК спиралында байкалат (3-сүрөт). E. coliден адамдарга чейинки түрлөрдө бул рРНК спиралынын негиздери 24-32 нуклеотидди камтыйт, алар бир аз туура эмес спиралды түзөт. V. necatrix жана P. locustaeден мурда аныкталган рибосомалык түзүлүштөрдө31,32 H18 спиралынын негиздери жарым-жартылай ачылат, бирок нуклеотиддик базалык жупташуу сакталып калат. Бирок, E. cuniculiде бул рРНК фрагменти эң кыска байланыштыргычтарга айланат 228UUUGU232 жана 301UUUUUUUUU307. Типтүү рРНК фрагменттеринен айырмаланып, бул уридинге бай байланыштыргычтар рибосомалык белоктор менен ийилбейт же кеңири байланыш түзбөйт. Анын ордуна, алар эриткич менен ачык жана толук жайылган түзүлүштөрдү кабыл алышат, анда рРНК жипчелери дээрлик түз созулат. Бул созулган конформация E. cuniculi H16 жана H18 рРНК спиралдарынын ортосундагы 33 Å боштукту толтуруу үчүн 12 гана РНК базасын колдоноорун, ал эми башка түрлөр боштукту толтуруу үчүн жок дегенде эки эсе көп рРНК базасын талап кылаарын түшүндүрөт.
Ошентип, биз энергетикалык жактан жагымсыз бүктөлүүлөр аркылуу мите микроспоридиялар жашоонун үч тармагындагы түрлөр арасында кеңири сакталып калган рРНК сегменттерин да кыскартуу стратегиясын иштеп чыкканын көрсөтө алабыз. Кыязы, рРНК спиралдарын кыска поли-U байланыштыргычтарына айландыруучу мутацияларды топтоо менен, E. cuniculi дисталдык рРНК фрагменттерин байлоо үчүн мүмкүн болушунча аз нуклеотиддерди камтыган адаттан тыш рРНК фрагменттерин түзө алат. Бул микроспоридиянын структуралык жана функционалдык бүтүндүгүн жоготпостон, алардын негизги молекулярдык түзүлүшүндө кескин төмөндөөгө кантип жетишкенин түшүндүрүүгө жардам берет.
E. cuniculi рРНКсынын дагы бир адаттан тыш өзгөчөлүгү - рРНКнын коюуланбай пайда болушу (4-сүрөт). Чырмалышкан бөлүкчөлөр - бул РНК спиралынын ичинде жашынбай, андан чыгып кеткен база жуптары жок нуклеотиддер. Көпчүлүк рРНКнын чыгып турган бөлүкчөлөрү молекулярдык жабышчаак заттар катары кызмат кылып, жанаша жайгашкан рибосомалык белокторду же башка рРНК фрагменттерин байланыштырууга жардам берет. Чырмалышкан бөлүкчөлөрдүн айрымдары шарнир катары кызмат кылып, рРНК спиралынын продуценттик белок синтези үчүн оптималдуу түрдө ийилип, бүктөлүшүнө мүмкүндүк берет 41.
a рРНКнын чыгып турушу (S. cerevisiae номерлөөсү) E. cuniculi рибосомасынын түзүлүшүндө жок, бирок башка көпчүлүк эукариоттордо кездешет: E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens жана E. cuniculi ички рибосомаларында. Мителерде байыркы, жогорку деңгээлде сакталган рРНКнын көбү жок. Бул коюулануулар рибосоманын түзүлүшүн турукташтырат; ошондуктан, алардын микроспоридияларда жоктугу микроспоридия мителеринде рРНКнын бүктөлүшүнүн туруктуулугунун төмөндөшүн көрсөтүп турат. P сабактары (бактерияларда L7/L12 сабактары) менен салыштыруу рРНКнын бүдүрчөлөрүнүн жоголушу кээде жоголгон бүдүрчөлөрдүн жанында жаңы бүдүрчөлөрдүн пайда болушу менен дал келерин көрсөтүп турат. 23S/28S рРНКсындагы H42 спиралынын жашоонун үч тармагында коргоосунан улам кеминде 3,5 миллиард жыл мурун пайда болгон байыркы бүдүрчөсү бар (Saccharomyces cerevisiaeде U1206). Микроспоридияларда бул бүдүрчө жок кылынат. Бирок, жоголгон томпоктун жанында жаңы томпок пайда болгон (E. cuniculiдеги A1306).
Таң калыштуусу, биз E. cuniculi рибосомаларында башка түрлөрдө кездешкен рРНК томпокторунун көпчүлүгү жок экенин, анын ичинде башка эукариоттордо сакталып калган 30дан ашык томпоктордун жок экенин аныктадык (4a-сүрөт). Бул жоготуу рибосомалык суббирдиктер менен жанаша жайгашкан рРНК спиралдарынын ортосундагы көптөгөн байланыштарды жокко чыгарат, кээде рибосоманын ичинде чоң көңдөй боштуктарды пайда кылат, бул E. cuniculi рибосомасын салттуу рибосомаларга салыштырмалуу тешиктүү кылат (4b-сүрөт). Белгилей кетчү нерсе, биз бул томпоктордун көпчүлүгү мурда аныкталган V. necatrix жана P. locquistae рибосомаларынын структураларында да жоголгонун аныктадык, алар мурунку структуралык анализдерде байкалбай калган31,32.
Кээде рРНК томпокторунун жоголушу жоголгон томпоктун жанында жаңы томпоктордун пайда болушу менен коштолот. Мисалы, рибосомалык Р-сабында E. coliден адамдарга чейин сакталып калган жана ошондуктан 3,5 миллиард жыл мурун пайда болгон U1208 томпок (Saccharomyces cerevisiaeде) бар. Белок синтези учурунда бул томпок Р сабагынын ачык жана жабык конформациялардын ортосунда жылышына жардам берет, ошондуктан рибосома трансляция факторлорун чогултуп, аларды активдүү борборго жеткире алат. E. cuniculi рибосомаларында мындай коюулануу жок; бирок, үч базалык жупта гана жайгашкан жаңы коюулануу (G883) Р сабагынын оптималдуу ийкемдүүлүгүн калыбына келтирүүгө салым кошо алат (4c-сүрөт).
Биздин томпокторсуз рРНК боюнча маалыматтарыбыз рРНКнын минималдашуусу рибосоманын бетиндеги рРНК элементтеринин жоголушу менен гана чектелбестен, рибосоманын ядросун да камтышы мүмкүн экенин көрсөтүп турат, бул эркин жашаган клеткаларда сүрөттөлбөгөн митеге мүнөздүү молекулярдык кемчиликти жаратат. Тирүү түрлөр байкалат.
Канондук рибосомалык белокторду жана рРНКны моделдештиргенден кийин, биз кадимки рибосомалык компоненттер крио-ЭМ сүрөтүнүн үч бөлүгүн түшүндүрө албасын аныктадык. Бул фрагменттердин экөөсү өлчөмү боюнча кичинекей молекулалар (5-сүрөт, Кошумча 8-сүрөт). Биринчи сегмент uL15 жана eL18 рибосомалык белокторунун ортосунда жайгашкан, ал жерде адатта eL18дин С-терминалы жайгашкан, ал E. cuniculiде кыскартылган. Бул молекуланын ким экенин аныктай албасак да, бул тыгыздык аралынын өлчөмү жана формасы спермидин молекулаларынын болушу менен жакшы түшүндүрүлөт. Анын рибосомага байланышы uL15 белокторундагы (Asp51 жана Arg56) микроспоридияга мүнөздүү мутациялар менен турукташат, алар рибосоманын бул кичинекей молекулага болгон жакындыгын жогорулатат окшойт, анткени алар uL15тин кичинекей молекуланы рибосомалык түзүлүшкө ороп алышына мүмкүндүк берет. Кошумча 2-сүрөт). 8, кошумча маалыматтар 1, 2).
Крио-ЭМ сүрөткө тартуу E. cuniculi рибосомасына байланган рибозанын сыртындагы нуклеотиддердин бар экендигин көрсөтөт. E. cuniculi рибосомасында бул нуклеотид көпчүлүк башка эукариоттук рибосомаларда 25S рРНК A3186 нуклеотиди (Saccharomyces cerevisiae номерлөө) менен бир эле орунду ээлейт. b E. cuniculi рибосомасынын түзүлүшүндө бул нуклеотид uL9 жана eL20 рибосомалык белокторунун ортосунда жайгашкан, ошону менен эки белоктун ортосундагы байланышты турукташтырат. cd микроспоридиянын түрлөрүнүн арасындагы eL20 ырааттуулугун сактоо анализи. Microsporidia түрлөрүнүн филогенетикалык дарагы (c) жана eL20 белокунун көп ырааттуулугунун тегизделиши (d) нуклеотид менен байланышуучу калдыктар F170 жана K172 көпчүлүк типтүү Microsporidiaларда сакталып калганын көрсөтөт, S. lophiiден тышкары, ES39L рРНК кеңейтүүсүн сактап калган алгачкы бутактанган Microsporidiaдан тышкары. e Бул сүрөттө F170 жана K172 нуклеотиддик байланыш калдыктары өтө кыскарган микроспоридиялык геномдун eL20 бөлүгүндө гана бар экени, бирок башка эукариоттордо жок экени көрсөтүлгөн. Жалпысынан алганда, бул маалыматтар Микроспоридиялык рибосомаларда AMP молекулаларын байланыштырып, аларды рибосомалык түзүлүштөгү белок-белок өз ара аракеттенүүсүн турукташтыруу үчүн колдонгон нуклеотиддик байланыш сайты пайда болгонун көрсөтүп турат. Микроспоридиялык бул байланыш сайтынын жогорку деңгээлде сакталышы жана башка эукариоттордо жоктугу бул сайт Микроспоридиялыктар үчүн тандалма жашоо артыкчылыгын камсыз кылышы мүмкүн экенин көрсөтүп турат. Ошентип, микроспоридиялык рибосомадагы нуклеотиддик байланыш чөнтөгү мурда сүрөттөлгөндөй дегенерациялык өзгөчөлүк же рРНКнын деградациясынын акыркы формасы эмес, тескерисинче, микроспоридиялык рибосомага кичинекей молекулаларды түз байланыштырууга мүмкүндүк берген пайдалуу эволюциялык инновация болуп саналат, аларды молекулярдык курулуш материалы катары колдонот. Бул ачылыш микроспоридиялык рибосоманы бир нуклеотидди өзүнүн структуралык курулуш материалы катары колдонгон жалгыз рибосомага айлантат. f Нуклеотиддик байланыштан келип чыккан гипотетикалык эволюциялык жол.
Экинчи төмөнкү молекулярдык тыгыздык рибосомалык белоктор uL9 жана eL30 ортосундагы чекитте жайгашкан (5a-сүрөт). Бул чекит мурда Saccharomyces cerevisiae рибосомасынын түзүлүшүндө рРНК A3186 (ES39L рРНК кеңейтүүсүнүн бир бөлүгү) 25S нуклеотиди үчүн байланыштыруучу жер катары сүрөттөлгөн38. Дегенерацияланган P. locustae ES39L рибосомаларында бул чекит белгисиз бир нуклеотидди 31 байланыштыраары көрсөтүлгөн жана бул нуклеотид рРНКнын кыскарган акыркы формасы деп болжолдонот, анда рРНКнын узундугу ~130-230 негизди түзөт. ES39L бир нуклеотидге 32.43 чейин кыскарган. Биздин крио-ЭМ сүрөттөрүбүз тыгыздыкты нуклеотиддер менен түшүндүрүүгө болот деген ойду колдойт. Бирок, биздин түзүлүштүн жогорку чечилиши бул нуклеотид экстрарибосомалык молекула, балким, AMP экенин көрсөттү (5a, b-сүрөт).
Андан кийин биз нуклеотиддик байланышуу орду E. cuniculi рибосомасында пайда болгонбу же мурда бар болгонбу деп сурадык. Нуклеотиддик байланыш негизинен eL30 рибосомалык белогундагы Phe170 жана Lys172 калдыктары аркылуу ишке ашкандыктан, биз бул калдыктардын 4396 өкүл эукариоттордо сакталышын бааладык. Жогорудагы uL15 окуясындагыдай эле, биз Phe170 жана Lys172 калдыктары типтүү Microsporidiaларда гана жогорку деңгээлде сакталаарын, бирок башка эукариоттордо, анын ичинде атиптүү Microsporidia Mitosporidium жана Amphiamblis эукариотторунда жок экенин аныктадык, аларда ES39L рРНК фрагменти калыбына келбеген 44, 45, 46 (5c-сүрөт). -e).
Жалпысынан алганда, бул маалыматтар E. cuniculi жана, балким, башка канондук микроспоридиянын рРНК жана белок деңгээлинин төмөндөшүн компенсациялоо үчүн рибосома түзүмүндөгү көп сандагы майда метаболиттерди натыйжалуу кармоо жөндөмүн өнүктүргөн деген ойду колдойт. Ошентип, алар рибосомадан тышкары нуклеотиддерди байланыштыруунун уникалдуу жөндөмүн өнүктүрүштү, бул мите молекулярдык түзүлүштөр көп сандагы майда метаболиттерди кармап, аларды деградацияланган РНК менен белок фрагменттеринин структуралык имитациясы катары колдонуу менен компенсациялай турганын көрсөтүп турат.
Крио-ЭМ картасынын үчүнчү симуляцияланбаган бөлүгү, чоң рибосомалык суббирдикте табылган. Картабыздын салыштырмалуу жогорку чечилиши (2,6 Å) бул тыгыздык чоң каптал чынжыр калдыктарынын уникалдуу айкалыштары бар белокторго таандык экенин көрсөтүп турат, бул бизге бул тыгыздыкты мурда белгисиз болгон рибосомалык белок катары аныктоого мүмкүндүк берди, аны биз аныктадык. Ал msL2 (Microsporidia-спецификалык белок L2) деп аталды (ыкмалар, 6-сүрөт). Гомологиялык издөөбүз msL2 Encephaliter жана Orosporidium тукумунун Microsporidia кладында сакталып калганын, бирок башка түрлөрдө, анын ичинде башка Microsporidiaларда жок экенин көрсөттү. Рибосомалык түзүлүштө msL2 кеңейтилген ES31L рРНКсынын жоголушунан пайда болгон боштукту ээлейт. Бул боштукта msL2 рРНКнын бүктөлүшүн турукташтырууга жардам берет жана ES31Lдин жоголушун компенсациялай алат (6-сүрөт).
a E. cuniculi рибосомаларында кездешкен Microsporidia-спецификалык рибосомалык белогу msL2нин электрондук тыгыздыгы жана модели. b Көпчүлүк эукариоттук рибосомаларда, анын ичинде Saccharomyces cerevisiaeнин 80S рибосомасында, көпчүлүк Microsporidian түрлөрүндө ES19L рРНК амплификациясы жоголгон. V. necatrix microsporidia рибосомасынын мурда аныкталган түзүлүшү бул паразиттерде ES19Lдин жоголушу жаңы msL1 рибосомалык белогунун эволюциясы менен компенсацияланаарын көрсөтүп турат. Бул изилдөөдө биз E. cuniculi рибосомасында ES19Lдин жоголушун компенсациялоо үчүн кошумча рибосомалык РНК имитациялык белогу пайда болгонун аныктадык. Бирок, msL2 (учурда гипотетикалык ECU06_1135 белогу катары белгиленет) жана msL1 ар кандай структуралык жана эволюциялык келип чыгышка ээ. c Эволюциялык жактан байланышпаган msL1 жана msL2 рибосомалык белоктордун пайда болушунун бул ачылышы, эгерде рибосомалар өздөрүнүн рРНКсында зыяндуу мутацияларды топтошсо, алар жакын тууган түрлөрдүн кичинекей бир бөлүгүндө да болуп көрбөгөндөй деңгээлдеги курамдык ар түрдүүлүккө жетише аларын көрсөтүп турат. Бул ачылыш митохондриялык рибосоманын келип чыгышын жана эволюциясын тактоого жардам берет, ал рРНКнын өтө төмөндөшү жана түрлөр боюнча белок курамынын анормалдуу өзгөрмөлүүлүгү менен белгилүү.
Андан кийин биз msL2 белогун мурда сүрөттөлгөн msL1 белогу менен салыштырдык, бул V. necatrix рибосомасында табылган жалгыз белгилүү микроспорияга мүнөздүү рибосомалык белог. Биз msL1 жана msL2 эволюциялык жактан байланыштуубу же жокпу, текшергибиз келди. Биздин анализ msL1 жана msL2 рибосомалык түзүлүштө бир эле көңдөйдү ээлей турганын, бирок ар кандай биринчилик жана үчүнчүлүк түзүлүштөргө ээ экенин көрсөттү, бул алардын көз карандысыз эволюциялык келип чыгышын көрсөтөт (6-сүрөт). Ошентип, биздин msL2 ачылышыбыз компакттуу эукариоттук түрлөрдүн топтору рРНК фрагменттеринин жоголушун компенсациялоо үчүн структуралык жактан айырмаланган рибосомалык белокторду өз алдынча эволюциялай аларын далилдейт. Бул ачылыш көпчүлүк цитоплазмалык эукариоттук рибосомаларда 81 рибосомалык белоктордун бир эле үй-бүлөсүн камтыган инварианттык белок бар экендиги менен айырмаланат. Кеңейтилген рРНК сегменттеринин жоголушуна жооп катары микроспоридиянын ар кандай кладдарында msL1 жана msL2 пайда болушу, мите курттун молекулярдык архитектурасынын бузулушу мите курттардын компенсатордук мутацияларды издөөсүнө алып келерин, бул акыры алардын ар кандай мите курттарынын популяцияларында пайда болушуна алып келиши мүмкүн экенин көрсөтүп турат.
Акырында, биздин моделибиз бүткөндөн кийин, биз E. cuniculi рибосомасынын курамын геномдун ырааттуулугунан болжолдонгон курамы менен салыштырдык. Буга чейин eL14, eL38, eL41 жана eS30 сыяктуу бир нече рибосомалык белоктор E. cuniculi геномунан гомологдорунун жоктугунан улам E. cuniculi геномунан жок деп эсептелген. Көптөгөн рибосомалык белоктордун жоголушу башка клетка ичиндеги мителердин жана эндосимбионттордун көпчүлүгүндө да болжолдонууда. Мисалы, эркин жашаган бактериялардын көпчүлүгүндө 54 рибосомалык белоктон турган бир эле үй-бүлө болгону менен, бул белок үй-бүлөлөрүнүн 11инде гана кожоюн тарабынан чектелген бактериялардын ар бир талданган геномунда аныкталуучу гомологдор бар. Бул түшүнүктү колдоо үчүн, eL38 жана eL4131,32 белоктору жок V. necatrix жана P. locustae microsporidiaда рибосомалык белоктордун жоголушу эксперименталдык түрдө байкалган.
Бирок, биздин түзүлүштөрүбүз E. cuniculi рибосомасында eL38, eL41 жана eS30 гана жоголгонун көрсөтүп турат. eL14 белогу сакталып калган жана биздин түзүлүш бул белоктун гомологиялык издөөдө эмне үчүн табылбай калганын көрсөттү (7-сүрөт). E. cuniculi рибосомаларында eL14 байланышуу жеринин көпчүлүгү рРНК менен күчөтүлгөн ES39Lдин деградациясынан улам жоголот. ES39L жок болгондо, eL14 экинчилик түзүлүшүнүн көпчүлүк бөлүгүн жоготкон жана eL14 ырааттуулугунун 18% гана E. cuniculi жана S. cerevisiaeде бирдей болгон. Бул ырааттуулуктун начар сакталышы таң калыштуу, анткени 1,5 миллиард жыл аралыгында эволюцияланган Saccharomyces cerevisiae жана Homo sapiens организмдери да eL14теги ошол эле калдыктардын 51% дан ашыгын бөлүшөт. Консервациянын бул аномалдуу жоголушу эмне үчүн E. cuniculi eL14 учурда eL1427 рибосомалык белогу катары эмес, болжолдуу M970_061160 белогу катары белгиленип жатканын түшүндүрөт.
жана Microsporidia рибосомасынын ES39L рРНК экстенсиясы жоголуп, eL14 рибосомалык белок байланышуу жерин жарым-жартылай жок кылган. ES39L жок болгондо, eL14 микроспоралык белогу экинчилик түзүлүшүн жоготот, мында мурунку рРНК менен байланышуучу α-спираль минималдуу узундуктагы циклге айланат. b Көп ырааттуулукту тегиздөө eL14 белогу эукариоттук түрлөрдө жогорку деңгээлде сакталганын (ачыткы жана адам гомологдорунун ырааттуулук окшоштугу 57%), бирок микроспоридияларда начар сакталганын жана дивергенттүү экенин көрсөтөт (мында калдыктардын 24% дан ашыгы eL14 гомологуна окшош эмес). S. cerevisiae же H. sapiensтен). Бул начар ырааттуулуктун сакталышы жана экинчилик түзүлүштүн өзгөрмөлүүлүгү eL14 гомологу эмне үчүн E. cuniculiде эч качан табылбаганын жана бул белок эмне үчүн E. cuniculiде жоголгон деп эсептелгенин түшүндүрөт. Ал эми E. cuniculi eL14 мурда болжолдуу M970_061160 белогу катары белгиленип келген. Бул байкоо микроспоридия геномунун ар түрдүүлүгү учурда ашыкча бааланып жатканын көрсөтүп турат: учурда микроспоридияда жоголуп кетти деп эсептелген кээ бир гендер чындыгында сакталып калган, бирок жогорку деңгээлде дифференциацияланган формада; анын ордуна, кээ бирлери курт-спецификалык белоктор үчүн микроспоридия гендерин коддойт деп эсептелет (мисалы, гипотетикалык M970_061160 белогу) чындыгында башка эукариоттордо кездешкен өтө ар түрдүү белокторду коддойт.
Бул ачылыш рРНКнын денатурациясы жанаша жайгашкан рибосомалык белоктордо ырааттуулуктун сакталышын кескин түрдө жоготууга алып келиши мүмкүн экенин көрсөтүп турат, бул белокторду гомологиялык издөөлөр үчүн аныктоого мүмкүн эмес кылат. Ошентип, биз кичинекей геномдук организмдердеги молекулярдык деградациянын чыныгы деңгээлин ашыкча бааласак болот, анткени жоголгон деп эсептелген кээ бир белоктор чындыгында өтө өзгөргөн формада болсо да, сакталып калат.
Мите курттар геномдун өтө редукциясынын шарттарында молекулярдык машиналарынын функциясын кантип сактай алышат? Биздин изилдөө бул суроого эң кичинекей эукариоттук геномдордун бирине ээ болгон организм болгон E. cuniculiнин татаал молекулярдык түзүлүшүн (рибосомасын) сүрөттөө менен жооп берет.
Микробдук мителердеги белок жана РНК молекулалары эркин жашаган түрлөрдөгү гомологиялык молекулаларынан көп учурда айырмаланары дээрлик эки он жылдыктан бери белгилүү, анткени аларда сапатты көзөмөлдөө борборлору жок, эркин жашаган микробдордо алардын өлчөмүнүн 50% га чейин кичирейет ж.б.... көптөгөн алсыратуучу мутациялар бүктөлүүнү жана функцияны начарлатат. Мисалы, көптөгөн клетка ичиндеги мителерди жана эндосимбионтторду камтыган кичинекей геномдук организмдердин рибосомаларында эркин жашаган түрлөргө салыштырмалуу бир нече рибосомалык белоктор жана рРНК нуклеотиддеринин үчтөн бирине чейин жетишсиз болот деп күтүлүүдө 27, 29, 30, 49. Бирок, бул молекулалардын митеде иштөө ыкмасы көбүнчө сыр бойдон калууда, негизинен салыштырмалуу геномика аркылуу изилденген.
Биздин изилдөө макромолекулалардын түзүлүшү клетка ичиндеги мителердин жана башка кожоюн тарабынан чектелген организмдердин салттуу салыштырмалуу геномдук изилдөөлөрүнөн бөлүп алуу кыйын болгон эволюциянын көптөгөн аспектилерин ачып бере аларын көрсөтүп турат (7-кошумча сүрөт). Мисалы, eL14 белогунун мисалы мите түрлөрдөгү молекулярдык аппараттын деградациясынын чыныгы даражасын ашыра баалай аларыбызды көрсөтүп турат. Энцефалиттик мителерде азыр жүздөгөн микроспорияга мүнөздүү гендер бар деп эсептелет. Бирок, биздин жыйынтыктар көрсөткөндөй, бул өзгөчө көрүнгөн гендердин айрымдары чындыгында башка эукариоттордо кездешүүчү гендердин таптакыр башка варианттары гана. Андан тышкары, msL2 белогунун мисалы биз жаңы рибосомалык белокторду кантип этибарга албай, мите молекулярдык машиналардын курамын кантип баалабай турганыбызды көрсөтөт. Кичинекей молекулалардын мисалы мите молекулярдык түзүлүштөрдөгү аларга жаңы биологиялык активдүүлүк бере турган эң ойлоп табылган инновацияларды кантип этибарга албай коё аларыбызды көрсөтөт.
Жалпысынан алганда, бул жыйынтыктар кожоюн тарабынан чектелген организмдердин молекулярдык түзүлүштөрү менен эркин жашаган организмдердеги алардын окшошторунун ортосундагы айырмачылыктарды түшүнүүбүздү жакшыртат. Биз көптөн бери редукцияланган, дегенерацияланган жана ар кандай алсыратуучу мутацияларга дуушар болгон деп эсептелген молекулярдык машиналардын ордуна системалуу түрдө көңүл сыртында калган адаттан тыш структуралык өзгөчөлүктөргө ээ экенин көрсөтөбүз.
Башка жагынан алганда, E. cuniculi рибосомаларынан табылган көлөмдүү эмес рРНК фрагменттери жана биригип кеткен фрагменттер геномдун редукциясы жашоонун үч тармагында сакталып калган негизги молекулярдык механизмдин бөлүктөрүн да өзгөртө аларын көрсөтүп турат – дээрлик 3,5 миллиард жыл өткөндөн кийин түрлөрдүн көз карандысыз эволюциясы.
E. cuniculi рибосомаларындагы томпок жана биригип кеткен рРНК фрагменттери эндосимбиоттук бактериялардагы РНК молекулаларынын мурунку изилдөөлөрүнүн негизинде өзгөчө кызыгууну жаратат. Мисалы, биттин эндосимбионту Buchnera aphidicolaсында рРНК жана тРНК молекулалары А+Т курамынын бир жактуулугунан жана канондук эмес база жуптарынын жогорку үлүшүнөн улам температурага сезгич түзүлүштөргө ээ экени көрсөтүлгөн20,50. РНКдагы бул өзгөрүүлөр, ошондой эле белок молекулаларындагы өзгөрүүлөр азыр эндосимбионттордун өнөктөштөргө ашыкча көз карандылыгына жана эндосимбионттордун жылуулукту өткөрө албастыгына жооптуу деп эсептелет21,23. Мите микроспоридиялык рРНК структуралык жактан айырмаланган өзгөрүүлөргө ээ болгону менен, бул өзгөрүүлөрдүн мүнөзү геномдору азайтылган организмдердеги РНК молекулаларынын жалпы өзгөчөлүктөрү жылуулук туруктуулугунун төмөндөшү жана шаперон белокторуна жогорку көз карандылык болушу мүмкүн экенин көрсөтүп турат.
Башка жагынан алганда, биздин структураларыбыз мите микроспоридиясы кеңири сакталган рРНКга жана белок фрагменттерине каршы туруу үчүн уникалдуу жөндөмдү өнүктүргөнүн көрсөтүп, дегенерацияланган рРНКнын жана белок фрагменттеринин структуралык имитациялары катары мол жана оңой жеткиликтүү кичинекей метаболиттерди колдонуу жөндөмүн өнүктүргөнүн көрсөтөт. Молекулярдык түзүлүштүн бузулушу. Бул пикирди E. cuniculi рРНКсындагы жана рибосомаларындагы белок фрагменттеринин жоголушун компенсациялаган кичинекей молекулалар uL15 жана eL30 белокторундагы микроспоридияга мүнөздүү калдыктарга байланышат деген факты колдойт. Бул кичинекей молекулалардын рибосомаларга байланышы оң тандоонун натыйжасы болушу мүмкүн экенин көрсөтүп турат, мында рибосомалык белоктордогу микроспоридияга мүнөздүү мутациялар рибосомалардын кичинекей молекулаларга жакындыгын жогорулатуу жөндөмү үчүн тандалып алынган, бул рибосомалык организмдердин натыйжалуураак болушуна алып келиши мүмкүн. Бул ачылыш микробдук мителердин молекулярдык түзүлүшүндөгү акылдуу инновацияны ачып берет жана бизге мите молекулярдык түзүлүштөрү редуктивдүү эволюцияга карабастан өз функциясын кантип сактап калаарын жакшыраак түшүнүүгө мүмкүндүк берет.
Учурда бул кичинекей молекулалардын идентификациясы белгисиз бойдон калууда. Рибосомалык түзүлүштөгү бул кичинекей молекулалардын көрүнүшү эмне үчүн микроспоридиянын түрлөрүнүн ортосунда айырмаланары белгисиз. Атап айтканда, V. necatrixтин eL20 жана K172 белокторунда F170 калдыгынын болушуна карабастан, эмне үчүн нуклеотиддик байланыш E. cuniculi жана P. loccate рибосомаларында байкалып, V. necatrix рибосомаларында байкалбай турганы белгисиз. Бул делецияга V. necatrixте тирозин болгон жана E. cuniculi жана P. loccateде треонин эмес, 43 uL6 калдыгы (нуклеотиддик байланыш чөнтөгүнө жакын жайгашкан) себеп болушу мүмкүн. Tyr43түн көлөмдүү ароматтык каптал чынжыры стерикалык кабатташуудан улам нуклеотиддик байланышка тоскоол болушу мүмкүн. Же болбосо, нуклеотиддик делециянын айкын көрүнүшү крио-ЭМ сүрөтүнүн төмөн чечилишинен улам болушу мүмкүн, бул V. necatrix рибосомалык фрагменттерин моделдөөгө тоскоол болот.
Башка жагынан алганда, биздин ишибиз геномдун чирүү процесси ойлоп табуучулук күч болушу мүмкүн экенин көрсөтүп турат. Атап айтканда, E. cuniculi рибосомасынын түзүлүшү микроспоридия рибосомасындагы рРНКнын жана белок фрагменттеринин жоголушу рибосоманын түзүлүшүндөгү өзгөрүүлөргө өбөлгө түзгөн эволюциялык басымды жаратаарын көрсөтүп турат. Бул варианттар рибосоманын активдүү борборунан алыс жерде пайда болот жана башкача айтканда, рРНКнын азайышы менен бузула турган оптималдуу рибосоманын жыйындысын сактоого (же калыбына келтирүүгө) жардам берет окшойт. Бул микроспоридия рибосомасынын негизги инновациясы ген дрейфин буферлөө зарылдыгына айланган окшойт.
Балким, муну башка организмдерде эч качан байкалбаган нуклеотиддик байланыш эң жакшы көрсөтүп турат. Нуклеотиддик байланыш калдыктары типтүү микроспоридияларда бар экени, бирок башка эукариоттордо жок экени нуклеотиддик байланыш сайттары жөн гана жоголуп кетүүнү күтүп жаткан калдыктар же рРНКнын жеке нуклеотиддер түрүнө калыбына келүүсүнүн акыркы сайты эмес экенин көрсөтүп турат. Тескерисинче, бул сайт бир нече позитивдүү тандоо раунддарынын жүрүшүндө өнүгүшү мүмкүн болгон пайдалуу функция сыяктуу көрүнөт. Нуклеотиддик байланыш сайттары табигый тандалуу процессинин кошумча продуктусу болушу мүмкүн: ES39L деградациялангандан кийин, микроспоридиялар ES39L жок болгондо рибосоманын оптималдуу биогенезин калыбына келтирүү үчүн компенсация издөөгө аргасыз болушат. Бул нуклеотид ES39Lдеги A3186 нуклеотидинин молекулярдык байланыштарын туурай алгандыктан, нуклеотиддик молекула рибосоманын курулуш материалына айланат, анын байланышы eL30 ырааттуулугунун мутациясы менен андан ары жакшырат.
Клетка ичиндеги мите курттардын молекулярдык эволюциясына келсек, биздин изилдөө Дарвиндин табигый тандалуу күчтөрү жана геномдун чирүүсүнүн генетикалык дрейфи параллелдүү иштебей, тескерисинче, термелип тураарын көрсөтүп турат. Биринчиден, генетикалык дрейф биомолекулалардын маанилүү өзгөчөлүктөрүн жокко чыгарат, бул компенсацияны абдан зарыл кылат. Паразиттер бул муктаждыкты Дарвиндин табигый тандалуу аркылуу канааттандырганда гана алардын макромолекулалары эң таасирдүү жана инновациялык өзгөчөлүктөрүн өнүктүрүү мүмкүнчүлүгүнө ээ болушат. Маанилүүсү, E. cuniculi рибосомасындагы нуклеотиддик байланыш сайттарынын эволюциясы молекулярдык эволюциянын бул жоготуудан пайдага өтүү схемасы зыяндуу мутацияларды гана амортизациялабастан, кээде мите макромолекулаларга таптакыр жаңы функцияларды берерин көрсөтүп турат.
Бул идея Сьюэлл Райттын кыймылдуу тең салмактуулук теориясына шайкеш келет, анда табигый тандалуу системасынын катуу системасы организмдердин инновациялык жөндөмүн чектейт деп айтылат51,52,53. Бирок, эгерде генетикалык дрейф табигый тандалуу процессин бузса, бул дрейфтер өзүнөн өзү адаптацияланбаган (же ал тургай зыяндуу) өзгөрүүлөрдү жаратышы мүмкүн, бирок жогорку жарамдуулукту же жаңы биологиялык активдүүлүктү камсыз кылган андан аркы өзгөрүүлөргө алып келиши мүмкүн. Биздин алкак биомолекуланын бүктөлүшүн жана функциясын азайткан ошол эле мутациянын түрү аны жакшыртуунун негизги себеби болуп көрүнөрүн көрсөтүү менен бул идеяны колдойт. Өз ара пайдалуу эволюциялык моделге ылайык, биздин изилдөө салттуу түрдө дегенеративдик процесс катары каралган геномдун чириши дагы инновациянын негизги кыймылдаткычы болуп саналат, кээде жана балким, көп учурда макромолекулаларга жаңы мите активдүүлүккө ээ болууга мүмкүндүк берет. аларды колдоно алышат.