Nature.com സന്ദർശിച്ചതിന് നന്ദി. നിങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന ബ്രൗസർ പതിപ്പിന് പരിമിതമായ CSS പിന്തുണ മാത്രമേ ഉള്ളൂ. മികച്ച അനുഭവത്തിനായി, നിങ്ങൾ ഒരു അപ്ഡേറ്റ് ചെയ്ത ബ്രൗസർ ഉപയോഗിക്കാൻ ഞങ്ങൾ ശുപാർശ ചെയ്യുന്നു (അല്ലെങ്കിൽ ഇന്റർനെറ്റ് എക്സ്പ്ലോററിൽ കോംപാറ്റിബിലിറ്റി മോഡ് പ്രവർത്തനരഹിതമാക്കുക). അതേസമയം, തുടർച്ചയായ പിന്തുണ ഉറപ്പാക്കാൻ, സ്റ്റൈലുകളും ജാവാസ്ക്രിപ്റ്റും ഇല്ലാതെ ഞങ്ങൾ സൈറ്റ് റെൻഡർ ചെയ്യും.
സൂക്ഷ്മജീവി പരാദങ്ങളുടെ പരിണാമത്തിൽ, പരാദങ്ങൾ മെച്ചപ്പെടാൻ കാരണമാകുന്ന സ്വാഭാവിക തിരഞ്ഞെടുപ്പും, പരാദങ്ങൾ ജീനുകൾ നഷ്ടപ്പെടുന്നതിനും ദോഷകരമായ മ്യൂട്ടേഷനുകൾ ശേഖരിക്കുന്നതിനും കാരണമാകുന്ന ജനിതക വ്യതിയാനവും തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനം ഉൾപ്പെടുന്നു. ഇവിടെ, ഒരു മാക്രോമോളിക്യൂളിന്റെ സ്കെയിലിൽ ഈ പ്രതിപ്രവർത്തനം എങ്ങനെ സംഭവിക്കുന്നുവെന്ന് മനസ്സിലാക്കാൻ, പ്രകൃതിയിലെ ഏറ്റവും ചെറിയ ജീനോമുകളിലൊന്നായ യൂക്കറിയോട്ടിക് ജീവിയായ എൻസെഫാലിറ്റോസൂൺ കുനിക്കുലിയുടെ റൈബോസോമിന്റെ ക്രയോ-ഇഎം ഘടന ഞങ്ങൾ വിവരിക്കുന്നു. ഇ. കുനിക്കുലി റൈബോസോമുകളിലെ ആർആർഎൻഎയുടെ അങ്ങേയറ്റത്തെ കുറവ്, മുമ്പ് അറിയപ്പെടാത്ത ഫ്യൂസ്ഡ് ആർആർഎൻഎ ലിങ്കറുകളുടെയും ആർആർഎൻഎയുടെയും ബൾജുകളില്ലാതെ പരിണാമം പോലുള്ള അഭൂതപൂർവമായ ഘടനാപരമായ മാറ്റങ്ങളോടൊപ്പം ഉണ്ടാകുന്നു. കൂടാതെ, ഡീഗ്രേഡഡ് ആർആർഎൻഎ ശകലങ്ങളുടെയും പ്രോട്ടീനുകളുടെയും ഘടനാപരമായ അനുകരണങ്ങളായി ചെറിയ തന്മാത്രകളെ ഉപയോഗിക്കാനുള്ള കഴിവ് വികസിപ്പിച്ചുകൊണ്ട് ഇ. കുനിക്കുലി റൈബോസോം ആർആർഎൻഎ ശകലങ്ങളുടെയും പ്രോട്ടീനുകളുടെയും നഷ്ടത്തെ അതിജീവിച്ചു. മൊത്തത്തിൽ, വളരെക്കാലമായി കുറയുകയും, ക്ഷയിക്കുകയും, ദുർബലപ്പെടുത്തുന്ന മ്യൂട്ടേഷനുകൾക്ക് വിധേയമാവുകയും ചെയ്യുമെന്ന് കരുതപ്പെടുന്ന തന്മാത്രാ ഘടനകൾക്ക്, അങ്ങേയറ്റത്തെ തന്മാത്രാ സങ്കോചങ്ങൾക്കിടയിലും അവയെ സജീവമായി നിലനിർത്തുന്ന നിരവധി നഷ്ടപരിഹാര സംവിധാനങ്ങളുണ്ടെന്ന് ഞങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു.
മിക്ക സൂക്ഷ്മജീവി പരാദ ഗ്രൂപ്പുകൾക്കും അവയുടെ ആതിഥേയരെ ചൂഷണം ചെയ്യുന്നതിന് സവിശേഷമായ തന്മാത്രാ ഉപകരണങ്ങൾ ഉള്ളതിനാൽ, വ്യത്യസ്ത പരാദ ഗ്രൂപ്പുകൾക്ക് വ്യത്യസ്ത ചികിത്സാ രീതികൾ വികസിപ്പിക്കേണ്ടിവരുന്നു1,2. എന്നിരുന്നാലും, പുതിയ തെളിവുകൾ സൂചിപ്പിക്കുന്നത് പരാദ പരിണാമത്തിന്റെ ചില വശങ്ങൾ ഒത്തുചേരുന്നതും വലിയതോതിൽ പ്രവചിക്കാവുന്നതുമാണെന്ന്, ഇത് സൂക്ഷ്മജീവി പരാദങ്ങളിൽ വിശാലമായ ചികിത്സാ ഇടപെടലുകൾക്ക് ഒരു സാധ്യതയുള്ള അടിസ്ഥാനത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു3,4,5,6,7,8,9.
സൂക്ഷ്മജീവി പരാദങ്ങളിലെ ഒരു പൊതുവായ പരിണാമ പ്രവണത മുൻകാല കൃതികൾ തിരിച്ചറിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്, ഇതിനെ ജീനോം റിഡക്ഷൻ അല്ലെങ്കിൽ ജീനോം ഡീകേ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. സൂക്ഷ്മജീവികൾ അവരുടെ സ്വതന്ത്ര ജീവിതശൈലി ഉപേക്ഷിച്ച് ഇൻട്രാ സെല്ലുലാർ പരാദങ്ങൾ (അല്ലെങ്കിൽ എൻഡോസിംബിയന്റുകൾ) ആയി മാറുമ്പോൾ, ദശലക്ഷക്കണക്കിന് വർഷങ്ങളായി അവയുടെ ജീനോമുകൾ സാവധാനത്തിൽ എന്നാൽ അത്ഭുതകരമായ രൂപാന്തരങ്ങൾക്ക് വിധേയമാകുമെന്ന് നിലവിലെ ഗവേഷണങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. ജീനോം ഡീകേ എന്നറിയപ്പെടുന്ന ഒരു പ്രക്രിയയിൽ, സൂക്ഷ്മജീവി പരാദങ്ങൾ ദോഷകരമായ മ്യൂട്ടേഷനുകൾ ശേഖരിക്കുന്നു, ഇത് മുമ്പ് പ്രധാനപ്പെട്ട പല ജീനുകളെയും സ്യൂഡോജീനുകളാക്കി മാറ്റുന്നു, ഇത് ക്രമേണ ജീൻ നഷ്ടത്തിലേക്കും മ്യൂട്ടേഷൻ തകർച്ചയിലേക്കും നയിക്കുന്നു14,15. ഈ തകർച്ചയ്ക്ക് അടുത്ത ബന്ധമുള്ള സ്വതന്ത്ര-ജീവി ജീവികളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ഏറ്റവും പഴയ ഇൻട്രാ സെല്ലുലാർ ജീവികളിലെ 95% വരെ ജീനുകളെ നശിപ്പിക്കാൻ കഴിയും. അതിനാൽ, ഇൻട്രാ സെല്ലുലാർ പരാദങ്ങളുടെ പരിണാമം രണ്ട് എതിർ ശക്തികൾ തമ്മിലുള്ള ഒരു വടംവലിയാണ്: ഡാർവിനിയൻ പ്രകൃതിനിർദ്ധാരണം, പരാദങ്ങളുടെ പുരോഗതിയിലേക്ക് നയിക്കുന്നു, ജീനോമിന്റെ തകർച്ച, പരാദങ്ങളെ വിസ്മൃതിയിലേക്ക് തള്ളിവിടുന്നു. ഈ വടംവലിയിൽ നിന്ന് പരാദത്തിന് എങ്ങനെ ഉയർന്നുവരാനും അതിന്റെ തന്മാത്രാ ഘടനയുടെ പ്രവർത്തനം നിലനിർത്താനും കഴിഞ്ഞുവെന്ന് വ്യക്തമല്ല.
ജീനോം ക്ഷയത്തിന്റെ സംവിധാനം പൂർണ്ണമായി മനസ്സിലായിട്ടില്ലെങ്കിലും, ഇത് പ്രധാനമായും സംഭവിക്കുന്നത് പതിവ് ജനിതക വ്യതിയാനം മൂലമാണെന്ന് തോന്നുന്നു. പരാദങ്ങൾ ചെറുതും, അലൈംഗികവും, ജനിതകമായി പരിമിതവുമായ ജനസംഖ്യയിൽ ജീവിക്കുന്നതിനാൽ, ഡിഎൻഎ പകർപ്പെടുക്കൽ സമയത്ത് ചിലപ്പോൾ സംഭവിക്കുന്ന ദോഷകരമായ മ്യൂട്ടേഷനുകൾ ഫലപ്രദമായി ഇല്ലാതാക്കാൻ അവയ്ക്ക് കഴിയില്ല. ഇത് ദോഷകരമായ മ്യൂട്ടേഷനുകളുടെ മാറ്റാനാവാത്ത ശേഖരണത്തിനും പരാദ ജീനോമിന്റെ കുറവിനും കാരണമാകുന്നു. തൽഫലമായി, ഇൻട്രാ സെല്ലുലാർ പരിതസ്ഥിതിയിൽ അതിന്റെ നിലനിൽപ്പിന് ഇനി ആവശ്യമില്ലാത്ത ജീനുകളെ മാത്രമല്ല പരാദം നഷ്ടപ്പെടുത്തുന്നത്. ഇടയ്ക്കിടെ ഉണ്ടാകുന്ന ദോഷകരമായ മ്യൂട്ടേഷനുകൾ ഫലപ്രദമായി ഇല്ലാതാക്കാൻ പരാദ ജനസംഖ്യയുടെ കഴിവില്ലായ്മയാണ്, അവയുടെ ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട ജീനുകൾ ഉൾപ്പെടെ, ജീനോമിലുടനീളം ഈ മ്യൂട്ടേഷനുകൾ അടിഞ്ഞുകൂടാൻ കാരണമാകുന്നത്.
ജീനോം റിഡക്ഷനെക്കുറിച്ചുള്ള നമ്മുടെ നിലവിലുള്ള ധാരണയുടെ ഭൂരിഭാഗവും ജീനോം സീക്വൻസുകളുടെ താരതമ്യങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്, ഹൗസ് കീപ്പിംഗ് പ്രവർത്തനങ്ങൾ നിർവഹിക്കുകയും സാധ്യതയുള്ള മയക്കുമരുന്ന് ലക്ഷ്യങ്ങളായി വർത്തിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന യഥാർത്ഥ തന്മാത്രകളിലെ മാറ്റങ്ങളിൽ കുറഞ്ഞ ശ്രദ്ധ ചെലുത്തുന്നു. താരതമ്യ പഠനങ്ങൾ കാണിക്കുന്നത്, ദോഷകരമായ ഇൻട്രാ സെല്ലുലാർ മൈക്രോബയൽ മ്യൂട്ടേഷനുകളുടെ ഭാരം പ്രോട്ടീനുകളെയും ന്യൂക്ലിക് ആസിഡുകളെയും തെറ്റായി മടക്കാനും കൂട്ടിച്ചേർക്കാനും പ്രേരിപ്പിക്കുന്നു എന്നാണ്, ഇത് അവയെ കൂടുതൽ ചാപെറോണിനെ ആശ്രയിക്കുന്നതും ചൂടിനോട് ഹൈപ്പർസെൻസിറ്റീവുമാക്കുന്നു19,20,21,22,23. കൂടാതെ, വിവിധ പരാദങ്ങൾ - ചിലപ്പോൾ 2.5 ബില്യൺ വർഷങ്ങൾ വരെ വേർതിരിക്കപ്പെട്ട സ്വതന്ത്ര പരിണാമം - അവയുടെ പ്രോട്ടീൻ സിന്തസിസിൽ ഗുണനിലവാര നിയന്ത്രണ കേന്ദ്രങ്ങളുടെ സമാനമായ നഷ്ടം അനുഭവിച്ചു5,6, DNA നന്നാക്കൽ സംവിധാനങ്ങൾ24. എന്നിരുന്നാലും, ദോഷകരമായ മ്യൂട്ടേഷനുകളുടെ വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ഭാരത്തോടുള്ള തന്മാത്രാ പൊരുത്തപ്പെടുത്തൽ ഉൾപ്പെടെ, സെല്ലുലാർ മാക്രോമോളിക്യൂളുകളുടെ മറ്റ് എല്ലാ ഗുണങ്ങളിലും ഇൻട്രാ സെല്ലുലാർ ജീവിതശൈലിയുടെ സ്വാധീനത്തെക്കുറിച്ച് വളരെക്കുറച്ചേ അറിയൂ.
ഈ കൃതിയിൽ, ഇൻട്രാ സെല്ലുലാർ സൂക്ഷ്മാണുക്കളുടെ പ്രോട്ടീനുകളുടെയും ന്യൂക്ലിക് ആസിഡുകളുടെയും പരിണാമം നന്നായി മനസ്സിലാക്കുന്നതിനായി, ഇൻട്രാ സെല്ലുലാർ പരാദമായ എൻസെഫാലിറ്റോസൂൺ കുനിക്കുലിയുടെ റൈബോസോമുകളുടെ ഘടന ഞങ്ങൾ നിർണ്ണയിച്ചു. അസാധാരണമാംവിധം ചെറിയ യൂക്കറിയോട്ടിക് ജീനോമുകളുള്ള പരാദ മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയയുടെ ഒരു ഗ്രൂപ്പിൽ പെടുന്ന ഒരു ഫംഗസ് പോലുള്ള ജീവിയാണ് ഇ. കുനിക്കുലി, അതിനാൽ ജീനോം ക്ഷയം പഠിക്കാൻ മാതൃകാ ജീവികളായി ഉപയോഗിക്കുന്നു25,26,27,28,29,30. അടുത്തിടെ, മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ, പാരനോസെമ ലോക്കസ്റ്റേ, വൈരിമോർഫ നെകാട്രിക്സ്31,32 (~3.2 Mb ജീനോം) എന്നിവയുടെ മിതമായ കുറവ് വരുത്തിയ ജീനോമുകൾക്ക് ക്രയോ-ഇഎം റൈബോസോം ഘടന നിർണ്ണയിച്ചു. അയൽപക്കത്തുള്ള റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകൾ തമ്മിലുള്ള പുതിയ സമ്പർക്കങ്ങളുടെ വികസനം അല്ലെങ്കിൽ പുതിയ msL131,32 റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകൾ ഏറ്റെടുക്കുന്നതിലൂടെ rRNA ആംപ്ലിഫിക്കേഷന്റെ ചില നഷ്ടം നികത്തപ്പെടുന്നുവെന്ന് ഈ ഘടനകൾ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. എൻസെഫാലിറ്റോസൂൺ (ജീനോം ~2.5 ദശലക്ഷം bp) എന്ന സ്പീഷീസും അവയുടെ ഏറ്റവും അടുത്ത ബന്ധുവായ ഓർഡോസ്പോറയും യൂക്കാരിയോട്ടുകളിൽ ആത്യന്തികമായ ജീനോം റിഡക്ഷൻ പ്രകടമാക്കുന്നു - അവയ്ക്ക് 2000-ൽ താഴെ പ്രോട്ടീൻ-കോഡിംഗ് ജീനുകൾ മാത്രമേയുള്ളൂ, മാത്രമല്ല അവയുടെ റൈബോസോമുകളിൽ rRNA വികാസ ശകലങ്ങൾ (ബാക്ടീരിയൽ റൈബോസോമുകളിൽ നിന്ന് യൂക്കാരിയോട്ടിക് റൈബോസോമുകളെ വേർതിരിക്കുന്ന rRNA ശകലങ്ങൾ) മാത്രമല്ല, E. ക്യൂണിക്കുലി ജീനോമിൽ ഹോമോലോഗുകളുടെ അഭാവം കാരണം നാല് റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകളും ഉണ്ടെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. അതിനാൽ, E. ക്യൂണിക്കുലി റൈബോസോമിന് ജീനോം ക്ഷയവുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നതിന് മുമ്പ് അറിയപ്പെടാത്ത തന്ത്രങ്ങൾ വെളിപ്പെടുത്താൻ കഴിയുമെന്ന് ഞങ്ങൾ നിഗമനം ചെയ്തു.
ഞങ്ങളുടെ ക്രയോ-ഇഎം ഘടന ഏറ്റവും ചെറിയ യൂക്കറിയോട്ടിക് സൈറ്റോപ്ലാസ്മിക് റൈബോസോമിനെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു, കൂടാതെ ജീനോം റിഡക്ഷന്റെ ആത്യന്തിക അളവ് കോശത്തിന്റെ അവിഭാജ്യമായ തന്മാത്രാ യന്ത്രങ്ങളുടെ ഘടന, അസംബ്ലി, പരിണാമം എന്നിവയെ എങ്ങനെ ബാധിക്കുന്നു എന്നതിനെക്കുറിച്ചുള്ള ഉൾക്കാഴ്ച നൽകുന്നു. ഇ. കുനിക്കുലി റൈബോസോം ആർ‌എൻ‌എ മടക്കലിന്റെയും റൈബോസോം അസംബ്ലിയുടെയും വ്യാപകമായി സംരക്ഷിക്കപ്പെട്ടിട്ടുള്ള നിരവധി തത്വങ്ങളെ ലംഘിക്കുന്നതായി ഞങ്ങൾ കണ്ടെത്തി, മുമ്പ് അറിയപ്പെടാത്ത ഒരു പുതിയ റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീൻ കണ്ടെത്തി. വളരെ അപ്രതീക്ഷിതമായി, മൈക്രോസ്‌പോറിഡിയ റൈബോസോമുകൾ ചെറിയ തന്മാത്രകളെ ബന്ധിപ്പിക്കാനുള്ള കഴിവ് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ടെന്ന് ഞങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു, കൂടാതെ ആർ‌ആർ‌എൻ‌എയിലെയും പ്രോട്ടീനുകളിലെയും വെട്ടിച്ചുരുക്കൽ പരിണാമ കണ്ടുപിടുത്തങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുമെന്ന് അനുമാനിക്കുന്നു, അത് ആത്യന്തികമായി റൈബോസോമിന് ഉപയോഗപ്രദമായ ഗുണങ്ങൾ നൽകിയേക്കാം.
ഇൻട്രാ സെല്ലുലാർ ജീവികളിലെ പ്രോട്ടീനുകളുടെയും ന്യൂക്ലിക് ആസിഡുകളുടെയും പരിണാമത്തെക്കുറിച്ചുള്ള നമ്മുടെ ഗ്രാഹ്യം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനായി, റൈബോസോമുകളെ ശുദ്ധീകരിക്കുന്നതിനും ഈ റൈബോസോമുകളുടെ ഘടന നിർണ്ണയിക്കുന്നതിനുമായി, ബാധിച്ച സസ്തനി കോശങ്ങളുടെ സംസ്കാരങ്ങളിൽ നിന്ന് ഇ. കുനിക്കുലി ബീജങ്ങളെ വേർതിരിച്ചെടുക്കാൻ ഞങ്ങൾ തീരുമാനിച്ചു. മൈക്രോസ്പോറിഡിയയെ ഒരു പോഷക മാധ്യമത്തിൽ സംസ്കരിക്കാൻ കഴിയാത്തതിനാൽ ധാരാളം പരാദ മൈക്രോസ്പോറിഡിയ ലഭിക്കുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാണ്. പകരം, അവ ഹോസ്റ്റ് സെല്ലിനുള്ളിൽ മാത്രമേ വളരുകയും പുനരുൽപ്പാദിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നുള്ളൂ. അതിനാൽ, റൈബോസോം ശുദ്ധീകരണത്തിനായി ഇ. കുനിക്കുലി ബയോമാസ് ലഭിക്കുന്നതിന്, സസ്തനികളുടെ വൃക്ക സെൽ ലൈനായ ആർ‌കെ 13-ൽ ഇ. കുനിക്കുലി ബീജങ്ങൾ ബാധിച്ച് ഇ. കുനിക്കുലി വളരാനും പെരുകാനും അനുവദിക്കുന്നതിനായി ഈ ബാധിച്ച കോശങ്ങളെ ആഴ്ചകളോളം സംസ്കരിച്ചു. അര ചതുരശ്ര മീറ്ററോളം വിസ്തീർണ്ണമുള്ള ഒരു രോഗബാധിത സെൽ മോണോലെയർ ഉപയോഗിച്ച്, ഏകദേശം 300 മില്ലിഗ്രാം മൈക്രോസ്പോറിഡിയ ബീജങ്ങളെ ശുദ്ധീകരിക്കാനും റൈബോസോമുകളെ വേർതിരിച്ചെടുക്കാനും ഞങ്ങൾക്ക് കഴിഞ്ഞു. തുടർന്ന് ഞങ്ങൾ ഗ്ലാസ് ബീഡുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ശുദ്ധീകരിച്ച ബീജങ്ങളെ തടസ്സപ്പെടുത്തുകയും ലൈസേറ്റുകളുടെ സ്റ്റെപ്പ്വൈസ് പോളിയെത്തിലീൻ ഗ്ലൈക്കോൾ ഫ്രാക്ഷനേഷൻ ഉപയോഗിച്ച് അസംസ്കൃത റൈബോസോമുകളെ വേർതിരിച്ചെടുക്കുകയും ചെയ്തു. ഘടനാപരമായ വിശകലനത്തിനായി ഏകദേശം 300 µg അസംസ്കൃത ഇ. കുനിക്കുലി റൈബോസോമുകൾ ലഭിക്കാൻ ഇത് ഞങ്ങളെ അനുവദിച്ചു.
തുടർന്ന് ലഭിച്ച റൈബോസോം സാമ്പിളുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഞങ്ങൾ ക്രയോ-ഇഎം ഇമേജുകൾ ശേഖരിക്കുകയും വലിയ റൈബോസോമൽ സബ്യൂണിറ്റ്, ചെറിയ സബ്യൂണിറ്റ് ഹെഡ്, ചെറിയ സബ്യൂണിറ്റ് എന്നിവയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട മാസ്കുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഈ ഇമേജുകൾ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുകയും ചെയ്തു. ഈ പ്രക്രിയയ്ക്കിടെ, ഏകദേശം 108,000 റൈബോസോമൽ കണികകളുടെയും 2.7 Å റെസല്യൂഷനുള്ള കമ്പ്യൂട്ട് ചെയ്ത ക്രയോ-ഇഎം ഇമേജുകളുടെയും ചിത്രങ്ങൾ ഞങ്ങൾ ശേഖരിച്ചു (അനുബന്ധ ചിത്രങ്ങൾ 1-3). തുടർന്ന് ഇ. കുനിക്കുലി റൈബോസോമുകളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ആർആർഎൻഎ, റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീൻ, ഹൈബർനേഷൻ ഫാക്ടർ എംഡിഎഫ്1 എന്നിവയെ മാതൃകയാക്കാൻ ഞങ്ങൾ ക്രയോഇഎം ഇമേജുകൾ ഉപയോഗിച്ചു (ചിത്രം 1a, b).
a ഹൈബർനേഷൻ ഘടകം Mdf1 (pdb id 7QEP) യുമായി സങ്കീർണ്ണമായ E. ക്യൂനിക്കുലി റൈബോസോമിന്റെ ഘടന. b E. ക്യൂനിക്കുലി റൈബോസോമുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഹൈബർനേഷൻ ഘടകം Mdf1 ന്റെ ഭൂപടം. c മൈക്രോസ്പോറിഡിയൻ സ്പീഷീസുകളിൽ വീണ്ടെടുക്കപ്പെട്ട rRNA യെ അറിയപ്പെടുന്ന റൈബോസോമൽ ഘടനകളുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുന്ന ദ്വിതീയ ഘടനാ ഭൂപടം. ഡീകോഡിംഗ് സൈറ്റ് (DC), സാർസിനിസിൻ ലൂപ്പ് (SRL), പെപ്റ്റിഡൈൽ ട്രാൻസ്ഫറേസ് സെന്റർ (PTC) എന്നിവയുൾപ്പെടെ ആംപ്ലിഫൈഡ് rRNA ഫ്രാഗ്മെന്റുകൾ (ES) റൈബോസോം സജീവ സൈറ്റുകളുടെ സ്ഥാനം പാനലുകൾ കാണിക്കുന്നു. d E. ക്യൂനിക്കുലി റൈബോസോമിന്റെ പെപ്റ്റിഡൈൽ ട്രാൻസ്ഫറേസ് സെന്ററുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഇലക്ട്രോൺ സാന്ദ്രത, ഈ കാറ്റലറ്റിക് സൈറ്റിന് E. ക്യൂനിക്കുലി പരാദത്തിലും H. സാപ്പിയൻസ് ഉൾപ്പെടെയുള്ള അതിന്റെ ഹോസ്റ്റുകളിലും ഒരേ ഘടനയുണ്ടെന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. e, f ഡീകോഡിംഗ് സെന്ററിന്റെ (e) അനുബന്ധ ഇലക്ട്രോൺ സാന്ദ്രതയും ഡീകോഡിംഗ് സെന്ററിന്റെ (f) സ്കീമാറ്റിക് ഘടനയും സൂചിപ്പിക്കുന്നത് മറ്റ് പല യൂക്കാരിയോട്ടുകളിലും E. ക്യൂനിക്കുലിയിൽ A1491 (E. coli നമ്പറിംഗ്) ന് പകരം U1491 അവശിഷ്ടങ്ങൾ ഉണ്ടെന്നാണ്. ഈ മാറ്റം സൂചിപ്പിക്കുന്നത് E. ക്യൂനിക്കുലി ഈ സജീവ സൈറ്റിനെ ലക്ഷ്യമിടുന്ന ആൻറിബയോട്ടിക്കുകൾക്ക് സെൻസിറ്റീവ് ആയിരിക്കാം എന്നാണ്.
മുമ്പ് സ്ഥാപിതമായ V. necatrix, P. locustae റൈബോസോമുകളുടെ ഘടനകളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി (രണ്ട് ഘടനകളും ഒരേ മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ കുടുംബമായ Nosematidae-യെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു, പരസ്പരം വളരെ സാമ്യമുള്ളവയാണ്), 31,32 E. cuniculi റൈബോസോമുകൾ rRNAയുടെയും പ്രോട്ടീൻ വിഘടനത്തിന്റെയും നിരവധി പ്രക്രിയകൾക്ക് വിധേയമാകുന്നു. കൂടുതൽ ഡീനാച്ചുറേഷൻ (സപ്ലിമെന്ററി ചിത്രങ്ങൾ 4-6). rRNA-യിൽ, ഏറ്റവും ശ്രദ്ധേയമായ മാറ്റങ്ങളിൽ ആംപ്ലിഫൈഡ് 25S rRNA ഫ്രാഗ്‌മെന്റ് ES12L ന്റെ പൂർണ്ണമായ നഷ്ടവും h39, h41, H18 ഹെലിസുകളുടെ ഭാഗികമായ ഡീജനറേഷനും ഉൾപ്പെടുന്നു (ചിത്രം 1c, സപ്ലിമെന്ററി ചിത്രം 4). റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകളിൽ, ഏറ്റവും ശ്രദ്ധേയമായ മാറ്റങ്ങളിൽ eS30 പ്രോട്ടീന്റെ പൂർണ്ണമായ നഷ്ടവും eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17, eS7 പ്രോട്ടീനുകളുടെ ചുരുക്കലും ഉൾപ്പെടുന്നു (സപ്ലിമെന്ററി ചിത്രങ്ങൾ 4, 5).
അങ്ങനെ, എൻസെഫലോട്ടോസൂൺ/ഓർഡോസ്പോറ സ്പീഷീസുകളുടെ ജീനോമുകളുടെ അമിതമായ കുറവ് അവയുടെ റൈബോസോം ഘടനയിൽ പ്രതിഫലിക്കുന്നു: ഘടനാപരമായ സ്വഭാവസവിശേഷതകൾക്ക് വിധേയമായി യൂക്കാരിയോട്ടിക് സൈറ്റോപ്ലാസ്മിക് റൈബോസോമുകളിൽ പ്രോട്ടീൻ ഉള്ളടക്കത്തിന്റെ ഏറ്റവും നാടകീയമായ നഷ്ടം ഇ. കുനിക്കുലി റൈബോസോമുകൾ അനുഭവിക്കുന്നു, കൂടാതെ യൂക്കാരിയോട്ടുകളിൽ മാത്രമല്ല, ജീവന്റെ മൂന്ന് ഡൊമെയ്‌നുകളിലും വ്യാപകമായി സംരക്ഷിക്കപ്പെടുന്ന ആർആർഎൻഎയും പ്രോട്ടീൻ ശകലങ്ങളും അവയിൽ ഇല്ല. ഇ. കുനിക്കുലി റൈബോസോമിന്റെ ഘടന ഈ മാറ്റങ്ങൾക്ക് ആദ്യത്തെ തന്മാത്രാ മാതൃക നൽകുന്നു, കൂടാതെ താരതമ്യ ജീനോമിക്സും ഇൻട്രാ സെല്ലുലാർ ബയോമോളിക്യുലാർ ഘടനയെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനങ്ങളും അവഗണിച്ച പരിണാമ സംഭവങ്ങളെ വെളിപ്പെടുത്തുന്നു (അനുബന്ധ ചിത്രം 7). താഴെ, ഈ സംഭവങ്ങളിൽ ഓരോന്നിനെയും അവയുടെ സാധ്യതയുള്ള പരിണാമ ഉത്ഭവവും റൈബോസോം പ്രവർത്തനത്തിൽ അവയുടെ സാധ്യതയുള്ള സ്വാധീനവും ഞങ്ങൾ വിവരിക്കുന്നു.
വലിയ rRNA വെട്ടിച്ചുരുക്കലുകൾക്ക് പുറമേ, E. ക്യൂനിക്കുലി റൈബോസോമുകൾക്ക് അവയുടെ സജീവ സൈറ്റുകളിലൊന്നിൽ rRNA വ്യതിയാനങ്ങൾ ഉണ്ടെന്ന് ഞങ്ങൾ കണ്ടെത്തി. E. ക്യൂനിക്കുലി റൈബോസോമിന്റെ പെപ്റ്റിഡൈൽ ട്രാൻസ്ഫറേസ് സെന്ററിന് മറ്റ് യൂക്കറിയോട്ടിക് റൈബോസോമുകളുടെ അതേ ഘടനയുണ്ടെങ്കിലും (ചിത്രം 1d), ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് 1491 ലെ ക്രമ വ്യതിയാനം കാരണം ഡീകോഡിംഗ് സെന്റർ വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു (E. coli നമ്പറിംഗ്, ചിത്രം 1e, f). യൂക്കറിയോട്ടിക് റൈബോസോമുകളുടെ ഡീകോഡിംഗ് സൈറ്റിൽ സാധാരണയായി A1408, G1491 എന്നിവയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ G1408, A1491 എന്നിവയുടെ അവശിഷ്ടങ്ങൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നതിനാൽ ഈ നിരീക്ഷണം പ്രധാനമാണ്. റൈബോസോമൽ ആൻറിബയോട്ടിക്കുകളുടെ അമിനോഗ്ലൈക്കോസൈഡ് കുടുംബത്തിനും ഡീകോഡിംഗ് സൈറ്റിനെ ലക്ഷ്യമിടുന്ന മറ്റ് ചെറിയ തന്മാത്രകൾക്കും ബാക്ടീരിയ, യൂക്കറിയോട്ടിക് റൈബോസോമുകളുടെ വ്യത്യസ്ത സംവേദനക്ഷമതയ്ക്ക് ഈ വ്യതിയാനം അടിവരയിടുന്നു. E. ക്യൂനിക്കുലി റൈബോസോമിന്റെ ഡീകോഡിംഗ് സൈറ്റിൽ, അവശിഷ്ടം A1491 U1491 ഉപയോഗിച്ച് മാറ്റിസ്ഥാപിച്ചു, ഇത് ഈ സജീവ സൈറ്റിനെ ലക്ഷ്യം വച്ചുള്ള ചെറിയ തന്മാത്രകൾക്കായി ഒരു അദ്വിതീയ ബൈൻഡിംഗ് ഇന്റർഫേസ് സൃഷ്ടിക്കാൻ സാധ്യതയുണ്ട്. ഇതേ A14901 വകഭേദം P. locustae, V. necatrix തുടങ്ങിയ മറ്റ് മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയകളിലും കാണപ്പെടുന്നു, ഇത് മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ സ്പീഷീസുകൾക്കിടയിൽ വ്യാപകമാണെന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു (ചിത്രം 1f).
ഞങ്ങളുടെ ഇ. കുനിക്കുലി റൈബോസോം സാമ്പിളുകൾ ഉപാപചയ പ്രവർത്തനരഹിതമായ ബീജങ്ങളിൽ നിന്ന് വേർതിരിച്ചെടുത്തതിനാൽ, സമ്മർദ്ദത്തിലോ പട്ടിണിയിലോ ഉള്ള സാഹചര്യങ്ങളിൽ മുമ്പ് വിവരിച്ച റൈബോസോം ബന്ധനത്തിനായി ഇ. കുനിക്കുലിയുടെ ക്രയോ-ഇഎം മാപ്പ് ഞങ്ങൾ പരീക്ഷിച്ചു. ഹൈബർനേഷൻ ഘടകങ്ങൾ 31,32,36,37, 38. ഹൈബർനേറ്റിംഗ് റൈബോസോമിന്റെ മുമ്പ് സ്ഥാപിച്ച ഘടനയെ ഇ. കുനിക്കുലി റൈബോസോമിന്റെ ക്രയോ-ഇഎം മാപ്പുമായി ഞങ്ങൾ പൊരുത്തപ്പെടുത്തി. ഡോക്കിംഗിനായി, ഹൈബർനേഷൻ ഫാക്ടർ Stm138 ഉള്ള കോംപ്ലക്സിൽ എസ്. സെറിവിസിയ റൈബോസോമുകളും, Lso232 ഫാക്ടറുള്ള കോംപ്ലക്സിൽ ലോക്കസ്റ്റ് റൈബോസോമുകളും, Mdf1, Mdf231 ഘടകങ്ങൾ ഉള്ള കോംപ്ലക്സിൽ വി. നെകാട്രിക്സ് റൈബോസോമുകളും ഉപയോഗിച്ചു. അതേസമയം, ബാക്കിയുള്ള ഘടകം Mdf1 ന് അനുയോജ്യമായ ക്രയോ-ഇഎം സാന്ദ്രത ഞങ്ങൾ കണ്ടെത്തി. Mdf1, V. necatrix റൈബോസോമുമായി ബന്ധിപ്പിക്കുന്നതുപോലെ, Mdf1, E. ക്യൂണിക്കുലി റൈബോസോമുമായും ബന്ധിപ്പിക്കുന്നു, അവിടെ അത് റൈബോസോമിന്റെ E സൈറ്റിനെ തടയുന്നു, ശരീര നിർജ്ജീവമാകുമ്പോൾ പരാദ ബീജങ്ങൾ ഉപാപചയപരമായി നിഷ്ക്രിയമാകുമ്പോൾ റൈബോസോമുകൾ ലഭ്യമാക്കാൻ സഹായിച്ചേക്കാം (ചിത്രം 2).
പരാദ ബീജങ്ങൾ ഉപാപചയപരമായി നിഷ്ക്രിയമാകുമ്പോൾ റൈബോസോമിനെ നിർജ്ജീവമാക്കാൻ സഹായിക്കുന്നതായി കാണപ്പെടുന്ന റൈബോസോമിന്റെ E സൈറ്റിനെ Mdf1 തടയുന്നു. E. ക്യൂണിക്കുലി റൈബോസോമിന്റെ ഘടനയിൽ, പ്രോട്ടീൻ സിന്തസിസ് സമയത്ത് റൈബോസോമിൽ നിന്ന് ഡീസൈലേറ്റഡ് ടിആർഎൻഎ പുറത്തുവിടാൻ സഹായിക്കുന്ന റൈബോസോമിന്റെ ഭാഗമായ L1 റൈബോസോം സ്റ്റെമുമായി Mdf1 മുമ്പ് അറിയപ്പെടാത്ത ഒരു സമ്പർക്കം സൃഷ്ടിക്കുന്നുവെന്ന് ഞങ്ങൾ കണ്ടെത്തി. ഡീസൈലേറ്റഡ് ടിആർഎൻഎയുടെ അതേ സംവിധാനം ഉപയോഗിച്ച് റൈബോസോമിൽ നിന്ന് Mdf1 വേർപിരിയുന്നുവെന്ന് ഈ സമ്പർക്കങ്ങൾ സൂചിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് പ്രോട്ടീൻ സിന്തസിസ് വീണ്ടും സജീവമാക്കുന്നതിന് റൈബോസോം Mdf1 എങ്ങനെ നീക്കം ചെയ്യുന്നു എന്നതിന് സാധ്യമായ വിശദീകരണം നൽകുന്നു.
എന്നിരുന്നാലും, ഞങ്ങളുടെ ഘടന Mdf1 ഉം L1 റൈബോസോം കാലും (പ്രോട്ടീൻ സിന്തസിസ് സമയത്ത് റൈബോസോമിൽ നിന്ന് ഡീസൈലേറ്റഡ് tRNA പുറത്തുവിടാൻ സഹായിക്കുന്ന റൈബോസോമിന്റെ ഭാഗം) തമ്മിലുള്ള ഒരു അജ്ഞാത സമ്പർക്കം വെളിപ്പെടുത്തി. പ്രത്യേകിച്ചും, ഡീസൈലേറ്റഡ് tRNA തന്മാത്രയുടെ എൽബോ സെഗ്‌മെന്റിന്റെ അതേ സമ്പർക്കങ്ങൾ Mdf1 ഉപയോഗിക്കുന്നു (ചിത്രം 2). മുമ്പ് അജ്ഞാതമായ ഈ മോളിക്യുലാർ മോഡലിംഗ്, ഡീസൈലേറ്റഡ് tRNA യുടെ അതേ സംവിധാനം ഉപയോഗിച്ച് Mdf1 റൈബോസോമിൽ നിന്ന് വേർപെടുത്തുന്നുവെന്ന് കാണിച്ചു, ഇത് പ്രോട്ടീൻ സിന്തസിസ് വീണ്ടും സജീവമാക്കുന്നതിന് റൈബോസോം ഈ ഹൈബർനേഷൻ ഘടകം എങ്ങനെ നീക്കംചെയ്യുന്നുവെന്ന് വിശദീകരിക്കുന്നു.
rRNA മാതൃക നിർമ്മിക്കുമ്പോൾ, E. ക്യൂണിക്കുലി റൈബോസോമിൽ അസാധാരണമായി മടക്കിയ rRNA ശകലങ്ങൾ ഉണ്ടെന്ന് ഞങ്ങൾ കണ്ടെത്തി, അതിനെ ഞങ്ങൾ ഫ്യൂസ്ഡ് rRNA എന്ന് വിളിച്ചു (ചിത്രം 3). ജീവന്റെ മൂന്ന് ഡൊമെയ്‌നുകളിലൂടെ വ്യാപിച്ചുകിടക്കുന്ന റൈബോസോമുകളിൽ, rRNA മിക്ക rRNA ബേസുകളും ഒന്നുകിൽ ബേസ് ജോഡിയാക്കി പരസ്പരം മടക്കുകയോ റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകളുമായി ഇടപഴകുകയോ ചെയ്യുന്ന ഘടനകളായി മടക്കിക്കളയുന്നു38,39,40. എന്നിരുന്നാലും, E. ക്യൂണിക്കുലി റൈബോസോമുകളിൽ, rRNAകൾ അവയുടെ ചില ഹെലിക്കുകളെ വികസിത rRNA മേഖലകളാക്കി മാറ്റുന്നതിലൂടെ ഈ മടക്ക തത്വം ലംഘിക്കുന്നതായി തോന്നുന്നു.
എസ്. സെറെവിസിയ, വി. നെകാട്രിക്സ്, ഇ. കുനിക്കുലി എന്നിവയിലെ H18 25S rRNA ഹെലിക്‌സിന്റെ ഘടന. സാധാരണയായി, മൂന്ന് ലൈഫ് ഡൊമെയ്‌നുകളിലായി വ്യാപിച്ചുകിടക്കുന്ന റൈബോസോമുകളിൽ, ഈ ലിങ്കർ 24 മുതൽ 34 വരെ അവശിഷ്ടങ്ങൾ അടങ്ങിയ ഒരു RNA ഹെലിക്‌സിലേക്ക് ചുരുങ്ങുന്നു. മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയയിൽ, വിപരീതമായി, ഈ rRNA ലിങ്കർ ക്രമേണ 12 അവശിഷ്ടങ്ങൾ മാത്രം അടങ്ങിയ രണ്ട് സിംഗിൾ-സ്ട്രാൻഡഡ് യൂറിഡിൻ സമ്പുഷ്ട ലിങ്കറുകളായി ചുരുങ്ങുന്നു. ഈ അവശിഷ്ടങ്ങളിൽ ഭൂരിഭാഗവും ലായകങ്ങൾക്ക് വിധേയമാണ്. പരാദ മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ rRNA മടക്കലിന്റെ പൊതുതത്ത്വങ്ങൾ ലംഘിക്കുന്നതായി ചിത്രം കാണിക്കുന്നു, അവിടെ rRNA ബേസുകൾ സാധാരണയായി മറ്റ് ബേസുകളുമായി ബന്ധിപ്പിക്കുകയോ rRNA-പ്രോട്ടീൻ ഇടപെടലുകളിൽ ഏർപ്പെടുകയോ ചെയ്യുന്നു. മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയയിൽ, ചില rRNA ശകലങ്ങൾ പ്രതികൂലമായ ഒരു മടക്ക് സ്വീകരിക്കുന്നു, അതിൽ മുൻ rRNA ഹെലിക്സ് ഏതാണ്ട് ഒരു നേർരേഖയിൽ നീളമുള്ള ഒരു സിംഗിൾ-സ്ട്രാൻഡഡ് ശകലമായി മാറുന്നു. ഈ അസാധാരണ പ്രദേശങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യം മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ rRNA യെ കുറഞ്ഞ എണ്ണം RNA ബേസുകൾ ഉപയോഗിച്ച് വിദൂര rRNA ശകലങ്ങളെ ബന്ധിപ്പിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു.
ഈ പരിണാമ പരിവർത്തനത്തിന്റെ ഏറ്റവും ശ്രദ്ധേയമായ ഉദാഹരണം H18 25S rRNA ഹെലിക്സിൽ കാണാൻ കഴിയും (ചിത്രം 3). E. coli മുതൽ മനുഷ്യരിലേക്കുള്ള സ്പീഷീസുകളിൽ, ഈ rRNA ഹെലിക്സിന്റെ ബേസുകളിൽ 24-32 ന്യൂക്ലിയോടൈഡുകൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, ഇത് അല്പം ക്രമരഹിതമായ ഹെലിക്സ് ഉണ്ടാക്കുന്നു. V. necatrix, P. locustae എന്നിവയിൽ നിന്ന് മുമ്പ് തിരിച്ചറിഞ്ഞ റൈബോസോമൽ ഘടനകളിൽ, 31,32 H18 ഹെലിക്സിന്റെ ബേസുകൾ ഭാഗികമായി ചുരുട്ടാതെയാണ്, പക്ഷേ ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് ബേസ് ജോടിയാക്കൽ സംരക്ഷിക്കപ്പെടുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, E. cuniculi-യിൽ ഈ rRNA ശകലം ഏറ്റവും ചെറിയ ലിങ്കറുകളായി മാറുന്നു 228UUUGU232 ഉം 301UUUUUUUU307 ഉം. സാധാരണ rRNA ശകലങ്ങളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, ഈ യൂറിഡിൻ സമ്പുഷ്ടമായ ലിങ്കറുകൾ റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകളുമായി ചുരുട്ടുകയോ വിപുലമായ സമ്പർക്കം നടത്തുകയോ ചെയ്യുന്നില്ല. പകരം, അവർ ലായക-തുറന്നതും പൂർണ്ണമായും വികസിച്ചതുമായ ഘടനകൾ സ്വീകരിക്കുന്നു, അതിൽ rRNA സ്ട്രോണ്ടുകൾ ഏതാണ്ട് നേരെ നീട്ടിയിരിക്കുന്നു. H16, H18 rRNA ഹെലിസുകൾക്കിടയിലുള്ള 33 Å വിടവ് നികത്താൻ E. cuniculi 12 RNA ബേസുകൾ മാത്രം ഉപയോഗിക്കുന്നതെങ്ങനെയെന്ന് ഈ നീട്ടിയ രൂപാന്തരീകരണം വിശദീകരിക്കുന്നു, അതേസമയം മറ്റ് സ്പീഷീസുകൾക്ക് ഈ വിടവ് നികത്താൻ കുറഞ്ഞത് ഇരട്ടി rRNA ബേസുകൾ ആവശ്യമാണ്.
അങ്ങനെ, ഊർജ്ജസ്വലമായി പ്രതികൂലമായ മടക്കിക്കളയലിലൂടെ, പരാദ മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ ജീവന്റെ മൂന്ന് മേഖലകളിലെയും ജീവിവർഗങ്ങളിൽ വ്യാപകമായി സംരക്ഷിക്കപ്പെടുന്ന ആർആർഎൻഎ സെഗ്‌മെന്റുകളെ പോലും ചുരുക്കാനുള്ള ഒരു തന്ത്രം വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ടെന്ന് നമുക്ക് തെളിയിക്കാൻ കഴിയും. ആർആർഎൻഎ ഹെലിക്കുകളെ ചെറിയ പോളി-യു ലിങ്കറുകളാക്കി മാറ്റുന്ന മ്യൂട്ടേഷനുകൾ ശേഖരിക്കുന്നതിലൂടെ, ഡിസ്റ്റൽ ആർആർഎൻഎ ശകലങ്ങളുടെ ലിഗേഷനായി കഴിയുന്നത്ര കുറച്ച് ന്യൂക്ലിയോടൈഡുകൾ അടങ്ങിയ അസാധാരണമായ ആർആർഎൻഎ ശകലങ്ങൾ രൂപപ്പെടുത്താൻ ഇ. കുനിക്കുലിക്ക് കഴിയും. മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ അവയുടെ ഘടനാപരവും പ്രവർത്തനപരവുമായ സമഗ്രത നഷ്ടപ്പെടുത്താതെ അവയുടെ അടിസ്ഥാന തന്മാത്രാ ഘടനയിൽ നാടകീയമായ കുറവ് നേടിയതെങ്ങനെയെന്ന് ഇത് വിശദീകരിക്കാൻ സഹായിക്കുന്നു.
E. cuniculi rRNA യുടെ മറ്റൊരു അസാധാരണ സവിശേഷത, കട്ടിയാക്കലുകളില്ലാതെ rRNA പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നതാണ് (ചിത്രം 4). ബൾജുകൾ എന്നത് RNA ഹെലിക്സിൽ ഒളിക്കുന്നതിനുപകരം അതിൽ നിന്ന് വളച്ചൊടിക്കുന്ന ബേസ് ജോഡികളില്ലാത്ത ന്യൂക്ലിയോടൈഡുകളാണ്. മിക്ക rRNA പ്രോട്രഷനുകളും തന്മാത്രാ പശകളായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ഇത് അടുത്തുള്ള റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകളെയോ മറ്റ് rRNA ശകലങ്ങളെയോ ബന്ധിപ്പിക്കാൻ സഹായിക്കുന്നു. ചില ബൾബുകൾ ഹിംഗുകളായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ഇത് rRNA ഹെലിക്സിനെ ഉൽപ്പാദനക്ഷമമായ പ്രോട്ടീൻ സംശ്ലേഷണത്തിനായി ഒപ്റ്റിമൽ ആയി വളയ്ക്കാനും മടക്കാനും അനുവദിക്കുന്നു [41].
a E. cuniculi റൈബോസോം ഘടനയിൽ ഒരു rRNA protrusion (S. cerevisiae numbering) ഇല്ല, എന്നാൽ മറ്റ് മിക്ക യൂക്കാരിയോട്ടുകളിലും ഇത് കാണപ്പെടുന്നു b E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens, E. cuniculi ആന്തരിക റൈബോസോമുകൾ. പരാദങ്ങൾക്ക് പുരാതനവും വളരെ സംരക്ഷിതവുമായ rRNA ബൾബുകൾ പലതും ഇല്ല. ഈ കട്ടിയാക്കലുകൾ റൈബോസോം ഘടനയെ സ്ഥിരപ്പെടുത്തുന്നു; അതിനാൽ, മൈക്രോസ്പോരിഡിയയിൽ അവയുടെ അഭാവം മൈക്രോസ്പോരിഡിയ പരാദങ്ങളിൽ rRNA മടക്കലിന്റെ സ്ഥിരത കുറയുന്നതിനെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. P സ്റ്റെമുകളുമായി (ബാക്ടീരിയയിലെ L7/L12 സ്റ്റെമുകൾ) താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോൾ rRNA ബമ്പുകളുടെ നഷ്ടം ചിലപ്പോൾ നഷ്ടപ്പെട്ട ബമ്പുകൾക്ക് അടുത്തായി പുതിയ ബമ്പുകൾ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നതിനൊപ്പം ഉണ്ടാകുമെന്ന് കാണിക്കുന്നു. 23S/28S rRNAയിലെ H42 ഹെലിക്സിന് ഒരു പുരാതന ബൾജ് ഉണ്ട് (Saccharomyces cerevisiae-യിൽ U1206) ജീവന്റെ മൂന്ന് മേഖലകളിലെ സംരക്ഷണം കാരണം കുറഞ്ഞത് 3.5 ബില്യൺ വർഷമെങ്കിലും പഴക്കമുള്ളതായി കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു. മൈക്രോസ്പോരിഡിയയിൽ, ഈ ബൾജ് ഇല്ലാതാക്കപ്പെടുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, നഷ്ടപ്പെട്ട വീക്കത്തിനടുത്തായി ഒരു പുതിയ വീക്കം പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടു (E. cuniculi-യിലെ A1306).
ശ്രദ്ധേയമായി, മറ്റ് യൂക്കാരിയോട്ടുകളിൽ സംരക്ഷിക്കപ്പെട്ടിട്ടുള്ള 30-ലധികം ബൾബുകൾ ഉൾപ്പെടെ, മറ്റ് സ്പീഷീസുകളിൽ കാണപ്പെടുന്ന മിക്ക rRNA ബൾബുകളും E. ക്യൂണിക്കുലി റൈബോസോമുകളിൽ ഇല്ലെന്ന് ഞങ്ങൾ കണ്ടെത്തി (ചിത്രം 4a). ഈ നഷ്ടം റൈബോസോമൽ ഉപയൂണിറ്റുകൾക്കും അടുത്തുള്ള rRNA ഹെലിസുകൾക്കും ഇടയിലുള്ള നിരവധി സമ്പർക്കങ്ങളെ ഇല്ലാതാക്കുന്നു, ചിലപ്പോൾ റൈബോസോമിനുള്ളിൽ വലിയ പൊള്ളയായ ശൂന്യതകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു, ഇത് കൂടുതൽ പരമ്പരാഗത റൈബോസോമുകളെ അപേക്ഷിച്ച് E. ക്യൂണിക്കുലി റൈബോസോമിനെ കൂടുതൽ സുഷിരങ്ങളാക്കുന്നു (ചിത്രം 4b). ശ്രദ്ധേയമായി, മുമ്പ് തിരിച്ചറിഞ്ഞ V. നെകാട്രിക്സ്, P. ലൊക്കസ്റ്റേ റൈബോസോം ഘടനകളിലും ഈ ബൾബുകളിൽ ഭൂരിഭാഗവും നഷ്ടപ്പെട്ടതായി ഞങ്ങൾ കണ്ടെത്തി, ഇവ മുൻ ഘടനാ വിശകലനങ്ങൾ അവഗണിച്ചു31,32.
ചിലപ്പോൾ rRNA ബൾജുകൾ നഷ്ടപ്പെടുന്നതിനൊപ്പം നഷ്ടപ്പെട്ട ബൾജിന് അടുത്തായി പുതിയ ബൾജുകൾ വികസിക്കുകയും ചെയ്യും. ഉദാഹരണത്തിന്, റൈബോസോമൽ പി-സ്റ്റെമിൽ E. coli-യിൽ നിന്ന് മനുഷ്യരിലേക്ക് അതിജീവിച്ച U1208 ബൾജ് (Saccharomyces cerevisiae-യിൽ) അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, അതിനാൽ ഇതിന് 3.5 ബില്യൺ വർഷം പഴക്കമുണ്ടെന്ന് കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു. പ്രോട്ടീൻ സിന്തസിസ് സമയത്ത്, ഈ ബൾജ് P സ്റ്റെമിനെ തുറന്നതും അടച്ചതുമായ കൺഫോർമേഷനുകൾക്കിടയിൽ നീങ്ങാൻ സഹായിക്കുന്നു, അങ്ങനെ റൈബോസോമിന് വിവർത്തന ഘടകങ്ങൾ റിക്രൂട്ട് ചെയ്യാനും അവയെ സജീവ സൈറ്റിലേക്ക് എത്തിക്കാനും കഴിയും. E. cuniculi റൈബോസോമുകളിൽ, ഈ കട്ടിയാക്കൽ ഇല്ല; എന്നിരുന്നാലും, മൂന്ന് ബേസ് ജോഡികളിൽ മാത്രം സ്ഥിതിചെയ്യുന്ന ഒരു പുതിയ കട്ടിയാക്കൽ (G883) P സ്റ്റെമിന്റെ ഒപ്റ്റിമൽ വഴക്കം പുനഃസ്ഥാപിക്കുന്നതിന് കാരണമാകും (ചിത്രം 4c).
ബൾജുകളില്ലാത്ത rRNAയെക്കുറിച്ചുള്ള ഞങ്ങളുടെ ഡാറ്റ സൂചിപ്പിക്കുന്നത് rRNA കുറയ്ക്കൽ റൈബോസോമിന്റെ ഉപരിതലത്തിലുള്ള rRNA മൂലകങ്ങളുടെ നഷ്ടത്തിൽ മാത്രം ഒതുങ്ങുന്നില്ല, മറിച്ച് റൈബോസോം ന്യൂക്ലിയസും ഉൾപ്പെട്ടേക്കാം, ഇത് സ്വതന്ത്രമായി ജീവിക്കുന്ന കോശങ്ങളിൽ വിവരിച്ചിട്ടില്ലാത്ത ഒരു പരാദ-നിർദ്ദിഷ്ട തന്മാത്രാ വൈകല്യം സൃഷ്ടിക്കുന്നു എന്നാണ്. ജീവജാലങ്ങളെ നിരീക്ഷിക്കുന്നു.
കാനോനിക്കൽ റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകളും rRNA യും മാതൃകയാക്കിയ ശേഷം, പരമ്പരാഗത റൈബോസോമൽ ഘടകങ്ങൾക്ക് ക്രയോ-ഇഎം ഇമേജിന്റെ മൂന്ന് ഭാഗങ്ങൾ വിശദീകരിക്കാൻ കഴിയില്ലെന്ന് ഞങ്ങൾ കണ്ടെത്തി. ഈ ശകലങ്ങളിൽ രണ്ടെണ്ണം വലിപ്പത്തിൽ ചെറിയ തന്മാത്രകളാണ് (ചിത്രം 5, സപ്ലിമെന്ററി ചിത്രം 8). ആദ്യ സെഗ്മെന്റ് റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകളായ uL15 നും eL18 നും ഇടയിൽ സാൻഡ്‌വിച്ച് ചെയ്തിരിക്കുന്നു, സാധാരണയായി eL18 ന്റെ C-ടെർമിനസ് ഉൾക്കൊള്ളുന്ന ഒരു സ്ഥാനത്ത്, ഇത് E. ക്യൂണിക്കുലിയിൽ ചുരുക്കിയിരിക്കുന്നു. ഈ തന്മാത്രയുടെ ഐഡന്റിറ്റി നമുക്ക് നിർണ്ണയിക്കാൻ കഴിയില്ലെങ്കിലും, ഈ സാന്ദ്രത ദ്വീപിന്റെ വലുപ്പവും ആകൃതിയും സ്പെർമിഡിൻ തന്മാത്രകളുടെ സാന്നിധ്യത്താൽ നന്നായി വിശദീകരിക്കപ്പെടുന്നു. uL15 പ്രോട്ടീനുകളിലെ (Asp51, Arg56) മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ-നിർദ്ദിഷ്ട മ്യൂട്ടേഷനുകൾ വഴി റൈബോസോമുമായുള്ള അതിന്റെ ബന്ധനം സ്ഥിരപ്പെടുത്തുന്നു, ഇത് uL15 ചെറിയ തന്മാത്രയെ ഒരു റൈബോസോമൽ ഘടനയിലേക്ക് പൊതിയാൻ അനുവദിക്കുന്നതിനാൽ, ഈ ചെറിയ തന്മാത്രയോടുള്ള റൈബോസോമിന്റെ ബന്ധം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതായി തോന്നുന്നു. അനുബന്ധ ചിത്രം 2). 8, അധിക ഡാറ്റ 1, 2).
ഇ. കുനിക്കുലി റൈബോസോമുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന റൈബോസിന് പുറത്തുള്ള ന്യൂക്ലിയോടൈഡുകളുടെ സാന്നിധ്യം കാണിക്കുന്ന ക്രയോ-ഇഎം ഇമേജിംഗ്. ഇ. കുനിക്കുലി റൈബോസോമിൽ, ഈ ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് മറ്റ് മിക്ക യൂക്കറിയോട്ടിക് റൈബോസോമുകളിലും 25S rRNA A3186 ന്യൂക്ലിയോടൈഡിന്റെ (സാക്കറോമൈസസ് സെറിവിസിയ നമ്പറിംഗ്) അതേ സ്ഥാനം വഹിക്കുന്നു. b ഇ. കുനിക്കുലിയുടെ റൈബോസോമൽ ഘടനയിൽ, ഈ ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകളായ uL9 നും eL20 നും ഇടയിലാണ് സ്ഥിതി ചെയ്യുന്നത്, അതുവഴി രണ്ട് പ്രോട്ടീനുകൾ തമ്മിലുള്ള സമ്പർക്കം സ്ഥിരപ്പെടുത്തുന്നു. മൈക്രോസ്പോരിഡിയ സ്പീഷീസുകൾക്കിടയിലുള്ള cd eL20 സീക്വൻസ് കൺസർവേഷൻ വിശകലനം. മൈക്രോസ്പോരിഡിയ സ്പീഷീസുകളുടെ (c) ഫൈലോജെനെറ്റിക് ട്രീയും eL20 പ്രോട്ടീന്റെ (d) മൾട്ടിപ്പിൾ സീക്വൻസ് അലൈൻമെന്റും കാണിക്കുന്നത് ന്യൂക്ലിയോടൈഡ്-ബൈൻഡിംഗ് അവശിഷ്ടങ്ങൾ F170, K172 എന്നിവ മിക്ക സാധാരണ മൈക്രോസ്പോരിഡിയയിലും സംരക്ഷിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ടെന്ന്, എസ്. ലോഫി ഒഴികെ, ES39L rRNA വിപുലീകരണം നിലനിർത്തിയ ആദ്യകാല ബ്രാഞ്ചിംഗ് മൈക്രോസ്പോരിഡിയ ഒഴികെ. e ഈ കണക്ക് കാണിക്കുന്നത്, വളരെ കുറഞ്ഞ മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ ജീനോമിന്റെ eL20-ൽ മാത്രമേ F170, K172 എന്നിവ ന്യൂക്ലിയോടൈഡ്-ബൈൻഡിംഗ് അവശിഷ്ടങ്ങൾ ഉള്ളൂ, എന്നാൽ മറ്റ് യൂക്കറിയോട്ടുകളിൽ ഇല്ല എന്നാണ്. മൊത്തത്തിൽ, ഈ ഡാറ്റ സൂചിപ്പിക്കുന്നത് മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയൻ റൈബോസോമുകൾ AMP തന്മാത്രകളെ ബന്ധിപ്പിക്കുകയും റൈബോസോമൽ ഘടനയിൽ പ്രോട്ടീൻ-പ്രോട്ടീൻ ഇടപെടലുകൾ സ്ഥിരപ്പെടുത്താൻ അവ ഉപയോഗിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന ഒരു ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് ബൈൻഡിംഗ് സൈറ്റ് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട് എന്നാണ്. മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയയിലെ ഈ ബൈൻഡിംഗ് സൈറ്റിന്റെ ഉയർന്ന സംരക്ഷണവും മറ്റ് യൂക്കറിയോട്ടുകളിൽ അതിന്റെ അഭാവവും സൂചിപ്പിക്കുന്നത് ഈ സൈറ്റ് മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയയ്ക്ക് ഒരു സെലക്ടീവ് അതിജീവന നേട്ടം നൽകിയേക്കാമെന്നാണ്. അതിനാൽ, മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ റൈബോസോമിലെ ന്യൂക്ലിയോടൈഡ്-ബൈൻഡിംഗ് പോക്കറ്റ് മുമ്പ് വിവരിച്ചതുപോലെ ഒരു ഡീജനറേറ്റ് സവിശേഷതയോ rRNA ഡീഗ്രേഡേഷന്റെ അവസാന രൂപമോ ആയി കാണപ്പെടുന്നില്ല, മറിച്ച് മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ റൈബോസോമിനെ ചെറിയ തന്മാത്രകളെ നേരിട്ട് ബന്ധിപ്പിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്ന ഒരു ഉപയോഗപ്രദമായ പരിണാമ നവീകരണമാണ്, അവയെ തന്മാത്രാ നിർമ്മാണ ബ്ലോക്കുകളായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. റൈബോസോമുകൾക്കുള്ള നിർമ്മാണ ബ്ലോക്കുകൾ. ഈ കണ്ടെത്തൽ മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ റൈബോസോമിനെ അതിന്റെ ഘടനാപരമായ നിർമ്മാണ ബ്ലോക്കായി ഒരൊറ്റ ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരേയൊരു റൈബോസോമാക്കി മാറ്റുന്നു. f ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് ബൈൻഡിംഗിൽ നിന്ന് ഉരുത്തിരിഞ്ഞ സാങ്കൽപ്പിക പരിണാമ പാത.
രണ്ടാമത്തെ കുറഞ്ഞ തന്മാത്രാ ഭാര സാന്ദ്രത റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകൾ uL9 ഉം eL30 ഉം തമ്മിലുള്ള ഇന്റർഫേസിലാണ് സ്ഥിതി ചെയ്യുന്നത് (ചിത്രം 5a). rRNA A3186 (ES39L rRNA വിപുലീകരണത്തിന്റെ ഭാഗം) 38 ന്റെ 25S ന്യൂക്ലിയോടൈഡിനുള്ള ഒരു ബൈൻഡിംഗ് സൈറ്റായി സാക്കറോമൈസസ് സെറിവിസിയ റൈബോസോമിന്റെ ഘടനയിൽ ഈ ഇന്റർഫേസ് മുമ്പ് വിവരിച്ചിരുന്നു. ഡീജനറേറ്റ് ചെയ്ത P. locustae ES39L റൈബോസോമുകളിൽ, ഈ ഇന്റർഫേസ് ഒരു അജ്ഞാത സിംഗിൾ ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് 31 നെ ബന്ധിപ്പിക്കുന്നുവെന്ന് കാണിച്ചു, കൂടാതെ ഈ ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് rRNA യുടെ ഒരു കുറഞ്ഞ അന്തിമ രൂപമാണെന്ന് അനുമാനിക്കപ്പെടുന്നു, അതിൽ rRNA യുടെ നീളം ~130-230 ബേസുകളാണ്. ES39L ഒരു സിംഗിൾ ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് 32.43 ആയി ചുരുക്കിയിരിക്കുന്നു. ന്യൂക്ലിയോടൈഡുകൾ ഉപയോഗിച്ച് സാന്ദ്രത വിശദീകരിക്കാമെന്ന ആശയത്തെ ഞങ്ങളുടെ ക്രയോ-ഇഎം ചിത്രങ്ങൾ പിന്തുണയ്ക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഞങ്ങളുടെ ഘടനയുടെ ഉയർന്ന റെസല്യൂഷൻ ഈ ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് ഒരു എക്സ്ട്രാറൈബോസോമൽ തന്മാത്രയാണെന്ന് കാണിച്ചു, ഒരുപക്ഷേ AMP (ചിത്രം 5a, b).
തുടർന്ന് ഞങ്ങൾ ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് ബൈൻഡിംഗ് സൈറ്റ് E. ക്യൂണിക്കുലി റൈബോസോമിൽ പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടോ അതോ മുമ്പ് നിലവിലുണ്ടായിരുന്നോ എന്ന് ചോദിച്ചു. ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് ബൈൻഡിംഗ് പ്രധാനമായും eL30 റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനിലെ Phe170, Lys172 അവശിഷ്ടങ്ങളാൽ മധ്യസ്ഥത വഹിക്കുന്നതിനാൽ, 4396 പ്രതിനിധി യൂക്കറിയോട്ടുകളിൽ ഈ അവശിഷ്ടങ്ങളുടെ സംരക്ഷണം ഞങ്ങൾ വിലയിരുത്തി. മുകളിലുള്ള uL15 ന്റെ കാര്യത്തിലെന്നപോലെ, Phe170, Lys172 അവശിഷ്ടങ്ങൾ സാധാരണ മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയയിൽ മാത്രമേ വളരെയധികം സംരക്ഷിക്കപ്പെടുന്നുള്ളൂ, എന്നാൽ വിഭിന്ന മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ മിറ്റോസ്‌പോരിഡിയം, ആംഫിയാംബ്ലിസ് എന്നിവയുൾപ്പെടെ മറ്റ് യൂക്കറിയോട്ടുകളിൽ ഇല്ലെന്ന് ഞങ്ങൾ കണ്ടെത്തി, അതിൽ ES39L rRNA ശകലം കുറയുന്നില്ല 44, 45, 46 (ചിത്രം 5c). -e).
ഈ ഡാറ്റ ഒരുമിച്ച് എടുത്താൽ, RRNA യുടെയും പ്രോട്ടീൻ അളവുകളുടെയും കുറവ് നികത്താൻ റൈബോസോം ഘടനയിൽ വലിയ അളവിൽ ചെറിയ മെറ്റബോളിറ്റുകളെ ഫലപ്രദമായി പിടിച്ചെടുക്കാനുള്ള കഴിവ് E. ക്യൂണിക്കുലിയും മറ്റ് കാനോനിക്കൽ മൈക്രോസ്‌പോറിഡിയയും വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട് എന്ന ആശയത്തെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നു. അങ്ങനെ ചെയ്യുന്നതിലൂടെ, റൈബോസോമിന് പുറത്ത് ന്യൂക്ലിയോടൈഡുകളെ ബന്ധിപ്പിക്കാനുള്ള ഒരു അതുല്യമായ കഴിവ് അവർ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്, പരാദ തന്മാത്രാ ഘടനകൾ സമൃദ്ധമായ ചെറിയ മെറ്റബോളിറ്റുകളെ പിടിച്ചെടുക്കുന്നതിലൂടെയും അവയെ ഡീഗ്രേഡഡ് ആർഎൻഎയുടെയും പ്രോട്ടീൻ ശകലങ്ങളുടെയും ഘടനാപരമായ അനുകരണങ്ങളായി ഉപയോഗിക്കുന്നതിലൂടെയും നഷ്ടപരിഹാരം നൽകുന്നുവെന്ന് കാണിക്കുന്നു.
ഞങ്ങളുടെ ക്രയോ-ഇഎം മാപ്പിലെ മൂന്നാമത്തെ അൺസിമുലേറ്റഡ് ഭാഗം, വലിയ റൈബോസോമൽ ഉപയൂണിറ്റിൽ കാണപ്പെടുന്നു. ഞങ്ങളുടെ മാപ്പിന്റെ താരതമ്യേന ഉയർന്ന റെസല്യൂഷൻ (2.6 Å) സൂചിപ്പിക്കുന്നത് ഈ സാന്ദ്രത വലിയ സൈഡ് ചെയിൻ അവശിഷ്ടങ്ങളുടെ അതുല്യമായ സംയോജനങ്ങളുള്ള പ്രോട്ടീനുകളുടേതാണ് എന്നാണ്, ഇത് ഈ സാന്ദ്രതയെ മുമ്പ് അറിയപ്പെടാത്ത ഒരു റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനായി തിരിച്ചറിയാൻ ഞങ്ങളെ അനുവദിച്ചു, ഇതിനെ ഞങ്ങൾ തിരിച്ചറിഞ്ഞു msL2 (മൈക്രോസ്പോരിഡിയ-നിർദ്ദിഷ്ട പ്രോട്ടീൻ L2) എന്ന് നാമകരണം ചെയ്തു (രീതികൾ, ചിത്രം 6). എൻസെഫാലിറ്റർ, ഓറോസ്പോരിഡിയം ജനുസ്സിലെ മൈക്രോസ്പോരിഡിയ ക്ലേഡിൽ msL2 സംരക്ഷിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ടെങ്കിലും മറ്റ് മൈക്രോസ്പോരിഡിയ ഉൾപ്പെടെയുള്ള മറ്റ് സ്പീഷീസുകളിൽ അത് ഇല്ലെന്ന് ഞങ്ങളുടെ ഹോമോളജി തിരയൽ കാണിച്ചു. റൈബോസോമൽ ഘടനയിൽ, വിപുലീകൃത ES31L rRNA യുടെ നഷ്ടം മൂലമുണ്ടാകുന്ന ഒരു വിടവ് msL2 ഉൾക്കൊള്ളുന്നു. ഈ ശൂന്യതയിൽ, msL2 rRNA മടക്കിക്കളയലിനെ സ്ഥിരപ്പെടുത്താൻ സഹായിക്കുന്നു, കൂടാതെ ES31L ന്റെ നഷ്ടം നികത്താനും കഴിയും (ചിത്രം 6).
E. cuniculi റൈബോസോമുകളിൽ കാണപ്പെടുന്ന മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ-നിർദ്ദിഷ്ട റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീൻ msL2 ന്റെ ഇലക്ട്രോൺ സാന്ദ്രതയും മാതൃകയും. b സാക്കറോമൈസിസ് സെറിവിസിയയുടെ 80S റൈബോസോം ഉൾപ്പെടെയുള്ള മിക്ക യൂക്കറിയോട്ടിക് റൈബോസോമുകൾക്കും മിക്ക മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയൻ സ്പീഷീസുകളിലും നഷ്ടപ്പെട്ട ES19L rRNA ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ ഉണ്ട്. V. necatrix microsporidia റൈബോസോമിന്റെ മുമ്പ് സ്ഥാപിതമായ ഘടന സൂചിപ്പിക്കുന്നത് ഈ പരാന്നഭോജികളിലെ ES19L ന്റെ നഷ്ടം പുതിയ msL1 റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീന്റെ പരിണാമത്താൽ നികത്തപ്പെടുന്നു എന്നാണ്. ഈ പഠനത്തിൽ, ES19L ന്റെ നഷ്ടത്തിന് വ്യക്തമായ നഷ്ടപരിഹാരമായി E. cuniculi റൈബോസോം ഒരു അധിക റൈബോസോമൽ RNA മിമിക് പ്രോട്ടീനും വികസിപ്പിച്ചതായി ഞങ്ങൾ കണ്ടെത്തി. എന്നിരുന്നാലും, msL2 (നിലവിൽ സാങ്കൽപ്പിക ECU06_1135 പ്രോട്ടീൻ എന്ന് വ്യാഖ്യാനിക്കപ്പെടുന്നു) msL1 നും വ്യത്യസ്ത ഘടനാപരവും പരിണാമപരവുമായ ഉത്ഭവങ്ങളുണ്ട്. c പരിണാമപരമായി ബന്ധമില്ലാത്ത msL1, msL2 റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകളുടെ ഉത്പാദനത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ഈ കണ്ടെത്തൽ സൂചിപ്പിക്കുന്നത്, റൈബോസോമുകൾ അവയുടെ rRNA-യിൽ ഹാനികരമായ മ്യൂട്ടേഷനുകൾ ശേഖരിക്കുകയാണെങ്കിൽ, അടുത്ത ബന്ധമുള്ള ജീവിവർഗങ്ങളുടെ ഒരു ചെറിയ ഉപവിഭാഗത്തിൽ പോലും അവയ്ക്ക് അഭൂതപൂർവമായ അളവിലുള്ള ഘടനാപരമായ വൈവിധ്യം കൈവരിക്കാൻ കഴിയുമെന്നാണ്. വളരെ കുറഞ്ഞ rRNAയ്ക്കും ജീവിവർഗങ്ങളിലുടനീളം പ്രോട്ടീൻ ഘടനയിലെ അസാധാരണമായ വ്യതിയാനത്തിനും പേരുകേട്ട മൈറ്റോകോൺ‌ഡ്രിയൽ റൈബോസോമിന്റെ ഉത്ഭവവും പരിണാമവും വ്യക്തമാക്കാൻ ഈ കണ്ടെത്തൽ സഹായിച്ചേക്കാം.
തുടർന്ന് ഞങ്ങൾ msL2 പ്രോട്ടീനിനെ, V. necatrix റൈബോസോമിൽ കാണപ്പെടുന്ന അറിയപ്പെടുന്ന ഒരേയൊരു മൈക്രോസ്‌പോറിഡിയ-നിർദ്ദിഷ്ട റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനായ, മുമ്പ് വിവരിച്ച msL1 പ്രോട്ടീനുമായി താരതമ്യം ചെയ്തു. msL1 ഉം msL2 ഉം പരിണാമപരമായി ബന്ധപ്പെട്ടിട്ടുണ്ടോ എന്ന് പരിശോധിക്കാൻ ഞങ്ങൾ ആഗ്രഹിച്ചു. msL1 ഉം msL2 ഉം റൈബോസോമൽ ഘടനയിൽ ഒരേ അറയിൽ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നുവെന്നും എന്നാൽ വ്യത്യസ്ത പ്രാഥമിക, തൃതീയ ഘടനകളുണ്ടെന്നും ഞങ്ങളുടെ വിശകലനം കാണിച്ചു, ഇത് അവയുടെ സ്വതന്ത്ര പരിണാമ ഉത്ഭവത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു (ചിത്രം 6). അങ്ങനെ, msL2 ന്റെ കണ്ടെത്തൽ, കോം‌പാക്റ്റ് യൂക്കറിയോട്ടിക് സ്പീഷീസുകളുടെ ഗ്രൂപ്പുകൾക്ക് rRNA ശകലങ്ങളുടെ നഷ്ടം നികത്താൻ ഘടനാപരമായി വ്യത്യസ്തമായ റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകളെ സ്വതന്ത്രമായി വികസിപ്പിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് തെളിവ് നൽകുന്നു. മിക്ക സൈറ്റോപ്ലാസ്മിക് യൂക്കറിയോട്ടിക് റൈബോസോമുകളിലും 81 റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകളുടെ ഒരേ കുടുംബം ഉൾപ്പെടെ ഒരു മാറ്റമില്ലാത്ത പ്രോട്ടീൻ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു എന്നതിൽ ഈ കണ്ടെത്തൽ ശ്രദ്ധേയമാണ്. വിപുലീകൃത rRNA സെഗ്‌മെന്റുകളുടെ നഷ്ടത്തോടുള്ള പ്രതികരണമായി മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയയുടെ വിവിധ ക്ലേഡുകളിൽ msL1 ഉം msL2 ഉം പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നത്, പരാദത്തിന്റെ തന്മാത്രാ ഘടനയുടെ അപചയം പരാദങ്ങളെ നഷ്ടപരിഹാര മ്യൂട്ടേഷനുകൾ തേടാൻ പ്രേരിപ്പിക്കുന്നുവെന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് ഒടുവിൽ വ്യത്യസ്ത പരാദ ജനസംഖ്യയിൽ അവയുടെ ആഗിരണത്തിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം.
ഒടുവിൽ, ഞങ്ങളുടെ മാതൃക പൂർത്തിയായപ്പോൾ, ജീനോം ശ്രേണിയിൽ നിന്ന് പ്രവചിച്ചതുമായി E. ക്യൂനിക്കുലി റൈബോസോമിന്റെ ഘടന ഞങ്ങൾ താരതമ്യം ചെയ്തു. eL14, eL38, eL41, eS30 എന്നിവയുൾപ്പെടെ നിരവധി റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകൾ E. ക്യൂനിക്കുലി ജീനോമിൽ നിന്ന് അപ്രത്യക്ഷമായതായി മുമ്പ് കരുതിയിരുന്നു, കാരണം E. ക്യൂനിക്കുലി ജീനോമിൽ നിന്നുള്ള ഹോമോലോഗുകളുടെ പ്രത്യക്ഷമായ അഭാവം കാരണം. മറ്റ് മിക്ക ഉയർന്ന അളവിലുള്ള ഇൻട്രാ സെല്ലുലാർ പരാദങ്ങളിലും എൻഡോസിംബിയന്റുകളിലും നിരവധി റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകളുടെ നഷ്ടം പ്രവചിക്കപ്പെടുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, മിക്ക സ്വതന്ത്രമായി ജീവിക്കുന്ന ബാക്ടീരിയകളിലും 54 റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകളുടെ ഒരേ കുടുംബം അടങ്ങിയിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, ഈ പ്രോട്ടീൻ കുടുംബങ്ങളിൽ 11 എണ്ണം മാത്രമേ ഹോസ്റ്റ്-നിയന്ത്രിത ബാക്ടീരിയയുടെ വിശകലനം ചെയ്ത ഓരോ ജീനോമിലും കണ്ടെത്താവുന്ന ഹോമോലോഗുകൾ ഉള്ളൂ. ഈ ആശയത്തെ പിന്തുണച്ച്, eL38, eL4131,32 പ്രോട്ടീനുകൾ ഇല്ലാത്ത V. necatrix, P. locustae microsporidia എന്നിവയിൽ റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകളുടെ നഷ്ടം പരീക്ഷണാത്മകമായി നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്.
എന്നിരുന്നാലും, E. cuniculi റൈബോസോമിൽ eL38, eL41, eS30 എന്നിവ മാത്രമേ യഥാർത്ഥത്തിൽ നഷ്ടപ്പെട്ടിട്ടുള്ളൂ എന്ന് ഞങ്ങളുടെ ഘടനകൾ കാണിക്കുന്നു. eL14 പ്രോട്ടീൻ സംരക്ഷിക്കപ്പെട്ടു, ഹോമോളജി തിരയലിൽ ഈ പ്രോട്ടീൻ കണ്ടെത്താൻ കഴിയാത്തത് എന്തുകൊണ്ടെന്ന് ഞങ്ങളുടെ ഘടന കാണിച്ചുതന്നു (ചിത്രം 7). E. cuniculi റൈബോസോമുകളിൽ, rRNA-ആംപ്ലിഫൈഡ് ES39L ന്റെ ഡീഗ്രഡേഷൻ കാരണം eL14 ബൈൻഡിംഗ് സൈറ്റിന്റെ ഭൂരിഭാഗവും നഷ്ടപ്പെടുന്നു. ES39L ന്റെ അഭാവത്തിൽ, eL14 അതിന്റെ ദ്വിതീയ ഘടനയുടെ ഭൂരിഭാഗവും നഷ്ടപ്പെട്ടു, കൂടാതെ E. cuniculi, S. cerevisiae എന്നിവയിൽ eL14 ശ്രേണിയുടെ 18% മാത്രമേ സമാനമായിരുന്നുള്ളൂ. 1.5 ബില്യൺ വർഷങ്ങൾക്കിടയിൽ പരിണമിച്ച ജീവികളായ സാക്കറോമൈസസ് സെറിവിസിയയും ഹോമോ സാപ്പിയൻസും പോലും eL14 ലെ ഒരേ അവശിഷ്ടങ്ങളുടെ 51% ത്തിലധികം പങ്കിടുന്നതിനാൽ ഈ മോശം ശ്രേണി സംരക്ഷണം ശ്രദ്ധേയമാണ്. E. cuniculi eL14 നിലവിൽ eL1427 റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീൻ ആയിട്ടല്ല, മറിച്ച് M970_061160 പ്രോട്ടീൻ ആയി വ്യാഖ്യാനിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത് എന്തുകൊണ്ടാണെന്ന് ഈ അസാധാരണമായ സംരക്ഷണ നഷ്ടം വിശദീകരിക്കുന്നു.
മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ റൈബോസോമിന് ES39L rRNA എക്സ്റ്റൻഷൻ നഷ്ടപ്പെട്ടു, ഇത് eL14 റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീൻ ബൈൻഡിംഗ് സൈറ്റ് ഭാഗികമായി ഇല്ലാതാക്കി. ES39L ന്റെ അഭാവത്തിൽ, eL14 മൈക്രോസ്‌പോർ പ്രോട്ടീൻ ദ്വിതീയ ഘടന നഷ്ടപ്പെടുന്നു, അതിൽ മുൻ rRNA-ബൈൻഡിംഗ് α-ഹെലിക്സ് ഒരു കുറഞ്ഞ നീളമുള്ള ലൂപ്പിലേക്ക് ഡീജനറേറ്റ് ചെയ്യുന്നു. b ഒന്നിലധികം സീക്വൻസ് അലൈൻമെന്റ് കാണിക്കുന്നത് eL14 പ്രോട്ടീൻ യൂക്കറിയോട്ടിക് സ്പീഷീസുകളിൽ (യീസ്റ്റിനും മനുഷ്യ ഹോമോലോഗുകൾക്കും ഇടയിലുള്ള 57% സീക്വൻസ് ഐഡന്റിറ്റി) ഉയർന്ന അളവിൽ സംരക്ഷിക്കപ്പെടുന്നു, എന്നാൽ മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയയിൽ (24% ൽ കൂടുതൽ അവശിഷ്ടങ്ങൾ eL14 ഹോമോലോഗിന് സമാനമല്ല) മോശമായി സംരക്ഷിക്കപ്പെടുകയും വ്യത്യസ്തമാവുകയും ചെയ്യുന്നു എന്നാണ്. എസ്. സെറെവിസിയയിൽ നിന്നോ എച്ച്. സാപ്പിയൻസിൽ നിന്നോ). ഈ മോശം സീക്വൻസ് കൺസർവേഷനും ദ്വിതീയ ഘടന വ്യതിയാനവും E. കുനിക്കുലിയിൽ eL14 ഹോമോലോഗ് ഒരിക്കലും കണ്ടെത്തിയിട്ടില്ലാത്തതിന്റെയും E. കുനിക്കുലിയിൽ ഈ പ്രോട്ടീൻ നഷ്ടപ്പെട്ടതായി കരുതുന്നതിന്റെയും കാരണം വിശദീകരിക്കുന്നു. ഇതിനു വിപരീതമായി, E. cuniculi eL14 മുമ്പ് ഒരു അനുമാന M970_061160 പ്രോട്ടീനായി വ്യാഖ്യാനിക്കപ്പെട്ടിരുന്നു. ഈ നിരീക്ഷണം സൂചിപ്പിക്കുന്നത് മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ ജീനോം വൈവിധ്യം നിലവിൽ അമിതമായി വിലയിരുത്തപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു എന്നാണ്: മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയയിൽ നഷ്ടപ്പെട്ടതായി കരുതപ്പെടുന്ന ചില ജീനുകൾ വാസ്തവത്തിൽ സംരക്ഷിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്, എന്നിരുന്നാലും വളരെ വ്യത്യസ്തമായ രൂപങ്ങളിലാണ്; പകരം, ചിലത് പുഴു-നിർദ്ദിഷ്ട പ്രോട്ടീനുകൾക്കായി മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ ജീനുകളെ കോഡ് ചെയ്യുന്നതായി കരുതപ്പെടുന്നു (ഉദാഹരണത്തിന്, സാങ്കൽപ്പിക പ്രോട്ടീൻ M970_061160) യഥാർത്ഥത്തിൽ മറ്റ് യൂക്കാരിയോട്ടുകളിൽ കാണപ്പെടുന്ന വളരെ വൈവിധ്യമാർന്ന പ്രോട്ടീനുകളെ കോഡ് ചെയ്യുന്നു.
ഈ കണ്ടെത്തൽ സൂചിപ്പിക്കുന്നത്, rRNA ഡീനാറ്ററേഷൻ അടുത്തുള്ള റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകളിൽ ക്രമ സംരക്ഷണത്തിന്റെ നാടകീയമായ നഷ്ടത്തിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം, ഇത് ഹോമോളജി തിരയലുകൾക്ക് ഈ പ്രോട്ടീനുകളെ കണ്ടെത്താനാകാത്തതാക്കുന്നു. അതിനാൽ, ചെറിയ ജീനോം ജീവികളിൽ തന്മാത്രാ നശീകരണത്തിന്റെ യഥാർത്ഥ അളവ് നമുക്ക് അമിതമായി കണക്കാക്കാം, കാരണം നഷ്ടപ്പെട്ടതായി കരുതപ്പെടുന്ന ചില പ്രോട്ടീനുകൾ വളരെ മാറ്റം വരുത്തിയ രൂപങ്ങളിലാണെങ്കിലും യഥാർത്ഥത്തിൽ നിലനിൽക്കുന്നു.
അങ്ങേയറ്റത്തെ ജീനോം റിഡക്ഷൻ സാഹചര്യങ്ങളിൽ പരാദങ്ങൾക്ക് അവയുടെ തന്മാത്രാ യന്ത്രങ്ങളുടെ പ്രവർത്തനം എങ്ങനെ നിലനിർത്താൻ കഴിയും? ഏറ്റവും ചെറിയ യൂക്കറിയോട്ടിക് ജീനോമുകളിൽ ഒന്നുള്ള ഒരു ജീവിയായ ഇ. കുനിക്കുലിയുടെ സങ്കീർണ്ണമായ തന്മാത്രാ ഘടന (റൈബോസോം) വിവരിച്ചുകൊണ്ട് ഞങ്ങളുടെ പഠനം ഈ ചോദ്യത്തിന് ഉത്തരം നൽകുന്നു.
മൈക്രോബയൽ പരാദങ്ങളിലെ പ്രോട്ടീൻ, ആർ‌എൻ‌എ തന്മാത്രകൾ സ്വതന്ത്രമായി ജീവിക്കുന്ന ജീവിവർഗങ്ങളിലെ അവയുടെ ഹോമോലോജസ് തന്മാത്രകളിൽ നിന്ന് പലപ്പോഴും വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നുവെന്ന് ഏകദേശം രണ്ട് പതിറ്റാണ്ടുകളായി അറിയപ്പെടുന്നു, കാരണം അവയ്ക്ക് ഗുണനിലവാര നിയന്ത്രണ കേന്ദ്രങ്ങൾ ഇല്ല, സ്വതന്ത്രമായി ജീവിക്കുന്ന സൂക്ഷ്മാണുക്കളിൽ അവയുടെ വലിപ്പത്തിന്റെ 50% ആയി കുറയുന്നു. മടക്കലും പ്രവർത്തനവും തടസ്സപ്പെടുത്തുന്ന നിരവധി ദുർബലപ്പെടുത്തുന്ന മ്യൂട്ടേഷനുകൾ. ഉദാഹരണത്തിന്, നിരവധി ഇൻട്രാ സെല്ലുലാർ പരാദങ്ങളും എൻഡോസിംബിയന്റുകളും ഉൾപ്പെടെയുള്ള ചെറിയ ജീനോം ജീവികളുടെ റൈബോസോമുകളിൽ നിരവധി റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകളും ആർ‌ആർ‌എൻ‌എ ന്യൂക്ലിയോടൈഡുകളുടെ മൂന്നിലൊന്ന് വരെ കുറവുണ്ടാകുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. സ്വതന്ത്രമായി ജീവിക്കുന്ന ജീവിവർഗങ്ങളെ അപേക്ഷിച്ച് 27, 29, 30, 49. എന്നിരുന്നാലും, പരാദങ്ങളിൽ ഈ തന്മാത്രകൾ പ്രവർത്തിക്കുന്ന രീതി ഒരു രഹസ്യമായി തുടരുന്നു, പ്രധാനമായും താരതമ്യ ജീനോമിക്സിലൂടെ പഠിച്ചു.
ഇൻട്രാ സെല്ലുലാർ പരാദങ്ങളുടെയും മറ്റ് ഹോസ്റ്റ്-നിയന്ത്രിത ജീവികളുടെയും പരമ്പരാഗത താരതമ്യ ജീനോമിക് പഠനങ്ങളിൽ നിന്ന് വേർതിരിച്ചെടുക്കാൻ പ്രയാസമുള്ള പരിണാമത്തിന്റെ പല വശങ്ങളും മാക്രോമോളിക്യൂളുകളുടെ ഘടന വെളിപ്പെടുത്തുമെന്ന് ഞങ്ങളുടെ പഠനം കാണിക്കുന്നു (അനുബന്ധ ചിത്രം 7). ഉദാഹരണത്തിന്, eL14 പ്രോട്ടീന്റെ ഉദാഹരണം കാണിക്കുന്നത്, പരാദജീവികളിലെ തന്മാത്രാ ഉപകരണത്തിന്റെ യഥാർത്ഥ അപചയത്തിന്റെ അളവ് നമുക്ക് അമിതമായി വിലയിരുത്താൻ കഴിയുമെന്നാണ്. എൻസെഫാലിറ്റിക് പരാദജീവികൾക്ക് ഇപ്പോൾ നൂറുകണക്കിന് മൈക്രോസ്‌പോറിഡിയ-നിർദ്ദിഷ്ട ജീനുകൾ ഉണ്ടെന്ന് വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഈ പ്രത്യേക ജീനുകളിൽ ചിലത് യഥാർത്ഥത്തിൽ മറ്റ് യൂക്കറിയോട്ടുകളിൽ സാധാരണയായി കാണപ്പെടുന്ന ജീനുകളുടെ വളരെ വ്യത്യസ്തമായ വകഭേദങ്ങളാണെന്ന് ഞങ്ങളുടെ ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. മാത്രമല്ല, msL2 പ്രോട്ടീന്റെ ഉദാഹരണം നമ്മൾ പുതിയ റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകളെ എങ്ങനെ അവഗണിക്കുന്നുവെന്നും പരാദ തന്മാത്രാ യന്ത്രങ്ങളുടെ ഉള്ളടക്കത്തെ എങ്ങനെ കുറച്ചുകാണുന്നുവെന്നും കാണിക്കുന്നു. ചെറിയ തന്മാത്രകളുടെ ഉദാഹരണം, പരാദ തന്മാത്രാ ഘടനകളിലെ ഏറ്റവും സമർത്ഥമായ നൂതനാശയങ്ങളെ നമുക്ക് എങ്ങനെ അവഗണിക്കാമെന്ന് കാണിക്കുന്നു, അവയ്ക്ക് പുതിയ ജൈവിക പ്രവർത്തനം നൽകാൻ കഴിയും.
ഒരുമിച്ച് എടുത്താൽ, ഈ ഫലങ്ങൾ ഹോസ്റ്റ്-നിയന്ത്രിത ജീവികളുടെ തന്മാത്രാ ഘടനകളും സ്വതന്ത്ര-ജീവികളിലെ അവയുടെ എതിരാളികളും തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള നമ്മുടെ ഗ്രാഹ്യം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു. വളരെക്കാലമായി കുറയ്ക്കപ്പെട്ടതും, ജീർണിക്കുന്നതും, വിവിധ ദുർബലപ്പെടുത്തുന്ന മ്യൂട്ടേഷനുകൾക്ക് വിധേയമാകുന്നതുമായ തന്മാത്രാ യന്ത്രങ്ങൾക്ക് പകരം, വ്യവസ്ഥാപിതമായി അവഗണിക്കപ്പെട്ട അസാധാരണമായ ഘടനാപരമായ സവിശേഷതകൾ ഉണ്ടെന്ന് ഞങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു.
മറുവശത്ത്, ഇ. കുനിക്കുലിയുടെ റൈബോസോമുകളിൽ കണ്ടെത്തിയ നോൺ-വലിയ rRNA ശകലങ്ങളും ഫ്യൂസ്ഡ് ശകലങ്ങളും സൂചിപ്പിക്കുന്നത്, ജീനോം റിഡക്ഷൻ ജീവന്റെ മൂന്ന് മേഖലകളിലും സംരക്ഷിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന അടിസ്ഥാന തന്മാത്രാ യന്ത്രങ്ങളുടെ ഭാഗങ്ങളെപ്പോലും മാറ്റാൻ കഴിയുമെന്നാണ് - ഏകദേശം 3.5 ബില്യൺ വർഷങ്ങൾക്ക് ശേഷം. ജീവിവർഗങ്ങളുടെ സ്വതന്ത്ര പരിണാമം.
എൻഡോസിംബിയോട്ടിക് ബാക്ടീരിയകളിലെ ആർ‌എൻ‌എ തന്മാത്രകളെക്കുറിച്ചുള്ള മുൻ പഠനങ്ങളുടെ വെളിച്ചത്തിൽ, ഇ. കുനിക്കുലി റൈബോസോമുകളിലെ ബൾജ്-ഫ്രീ, ഫ്യൂസ്ഡ് ആർ‌ആർ‌എൻ‌എ ശകലങ്ങൾ പ്രത്യേക താൽപ്പര്യമുള്ളവയാണ്. ഉദാഹരണത്തിന്, ആഫിഡ് എൻഡോസിംബിയന്റ് ബുക്‌നേര അഫിഡിക്കോളയിൽ, എ+ടി കോമ്പോസിഷൻ ബയസും ഉയർന്ന അനുപാതത്തിലുള്ള നോൺ-കാനോനിക്കൽ ബേസ് ജോഡികളും കാരണം ആർ‌ആർ‌എൻ‌എ, ടി‌ആർ‌എൻ‌എ തന്മാത്രകൾക്ക് താപനില-സെൻസിറ്റീവ് ഘടനകളുണ്ടെന്ന് തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. ആർ‌എൻ‌എയിലെ ഈ മാറ്റങ്ങളും പ്രോട്ടീൻ തന്മാത്രകളിലെ മാറ്റങ്ങളും, പങ്കാളികളെ എൻഡോസിംബിയന്റുകൾ അമിതമായി ആശ്രയിക്കുന്നതിനും എൻഡോസിംബിയന്റുകൾ താപം കൈമാറാൻ കഴിയാത്തതിനും കാരണമാകുമെന്ന് ഇപ്പോൾ കരുതപ്പെടുന്നു. 21, 23 . പരാദ മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ ആർ‌ആർ‌എൻ‌എയ്ക്ക് ഘടനാപരമായി വ്യത്യസ്തമായ മാറ്റങ്ങളുണ്ടെങ്കിലും, ഈ മാറ്റങ്ങളുടെ സ്വഭാവം സൂചിപ്പിക്കുന്നത് കുറഞ്ഞ താപ സ്ഥിരതയും ചാപ്പറോൺ പ്രോട്ടീനുകളെ കൂടുതലായി ആശ്രയിക്കുന്നതും കുറഞ്ഞ ജീനോമുകളുള്ള ജീവികളിലെ ആർ‌എൻ‌എ തന്മാത്രകളുടെ സാധാരണ സവിശേഷതകളായിരിക്കാം എന്നാണ്.
മറുവശത്ത്, പരാദ മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ, വ്യാപകമായി സംരക്ഷിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന ആർആർഎൻഎയെയും പ്രോട്ടീൻ ശകലങ്ങളെയും പ്രതിരോധിക്കാനുള്ള ഒരു അതുല്യമായ കഴിവ് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ടെന്നും, ഡീജനറേറ്റഡ് ആർആർഎൻഎയുടെയും പ്രോട്ടീൻ ശകലങ്ങളുടെയും ഘടനാപരമായ അനുകരണങ്ങളായി സമൃദ്ധവും എളുപ്പത്തിൽ ലഭ്യമായതുമായ ചെറിയ മെറ്റബോളൈറ്റുകളെ ഉപയോഗിക്കാനുള്ള കഴിവ് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ടെന്നും ഞങ്ങളുടെ ഘടനകൾ കാണിക്കുന്നു. തന്മാത്രാ ഘടനാ അപചയം. . ആർആർഎൻഎയിലെ പ്രോട്ടീൻ ശകലങ്ങളുടെയും ഇ. കുനിക്കുലിയുടെ റൈബോസോമുകളുടെയും നഷ്ടം നികത്തുന്ന ചെറിയ തന്മാത്രകൾ uL15, eL30 പ്രോട്ടീനുകളിലെ മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ-നിർദ്ദിഷ്ട അവശിഷ്ടങ്ങളുമായി ബന്ധിപ്പിക്കുന്നു എന്ന വസ്തുത ഈ അഭിപ്രായത്തെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നു. ചെറിയ തന്മാത്രകളെ റൈബോസോമുകളുമായി ബന്ധിപ്പിക്കുന്നത് പോസിറ്റീവ് സെലക്ഷന്റെ ഒരു ഉൽപ്പന്നമായിരിക്കാം, അതിൽ ചെറിയ തന്മാത്രകളോടുള്ള റൈബോസോമുകളുടെ ബന്ധം വർദ്ധിപ്പിക്കാനുള്ള കഴിവിനായി റൈബോസോമൽ പ്രോട്ടീനുകളിലെ മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ-നിർദ്ദിഷ്ട മ്യൂട്ടേഷനുകൾ തിരഞ്ഞെടുത്തിട്ടുണ്ട്, ഇത് കൂടുതൽ കാര്യക്ഷമമായ റൈബോസോമൽ ജീവികളിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം. സൂക്ഷ്മജീവികളുടെ തന്മാത്രാ ഘടനയിൽ ഒരു മികച്ച നവീകരണം ഈ കണ്ടെത്തൽ വെളിപ്പെടുത്തുന്നു, കൂടാതെ റിഡക്റ്റീവ് പരിണാമം ഉണ്ടായിരുന്നിട്ടും പരാദ തന്മാത്രാ ഘടനകൾ അവയുടെ പ്രവർത്തനം എങ്ങനെ നിലനിർത്തുന്നു എന്നതിനെക്കുറിച്ച് നമുക്ക് മികച്ച ധാരണ നൽകുന്നു.
നിലവിൽ, ഈ ചെറിയ തന്മാത്രകളുടെ തിരിച്ചറിയൽ വ്യക്തമല്ല. റൈബോസോമൽ ഘടനയിൽ ഈ ചെറിയ തന്മാത്രകളുടെ രൂപം മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ സ്പീഷീസുകൾക്കിടയിൽ വ്യത്യാസപ്പെടുന്നത് എന്തുകൊണ്ടാണെന്ന് വ്യക്തമല്ല. പ്രത്യേകിച്ചും, V. നെകാട്രിക്സിന്റെ eL20, K172 പ്രോട്ടീനുകളിൽ F170 അവശിഷ്ടം ഉണ്ടായിരുന്നിട്ടും, E. ക്യൂണിക്കുലിയുടെയും P. ലൊക്കസ്റ്റേയുടെയും റൈബോസോമുകളിൽ ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് ബൈൻഡിംഗ് നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നതും V. നെകാട്രിക്സിന്റെ റൈബോസോമുകളിൽ അല്ലാത്തതും എന്തുകൊണ്ടാണെന്ന് വ്യക്തമല്ല. ഈ ഇല്ലാതാക്കൽ അവശിഷ്ടം 43 uL6 (ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് ബൈൻഡിംഗ് പോക്കറ്റിനോട് ചേർന്ന് സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു) മൂലമാകാം, ഇത് E. ക്യൂണിക്കുലിയിലും P. ലൊക്കസ്റ്റേയിലും ത്രിയോണിൻ അല്ല, V. നെകാട്രിക്സിലെ ടൈറോസിൻ ആണ്. സ്റ്റെറിക് ഓവർലാപ്പ് കാരണം Tyr43 ന്റെ വലിയ ആരോമാറ്റിക് സൈഡ് ചെയിൻ ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് ബൈൻഡിംഗിനെ തടസ്സപ്പെടുത്തും. പകരമായി, ക്രയോ-ഇഎം ഇമേജിംഗിന്റെ കുറഞ്ഞ റെസല്യൂഷൻ മൂലമാകാം, ഇത് V. നെകാട്രിക് റൈബോസോമൽ ശകലങ്ങളുടെ മോഡലിംഗിനെ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്നു.
മറുവശത്ത്, ജീനോം ക്ഷയ പ്രക്രിയ ഒരു കണ്ടുപിടുത്ത ശക്തിയായിരിക്കാമെന്ന് ഞങ്ങളുടെ ഗവേഷണങ്ങൾ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. പ്രത്യേകിച്ചും, ഇ. കുനിക്കുലി റൈബോസോമിന്റെ ഘടന സൂചിപ്പിക്കുന്നത് മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ റൈബോസോമിലെ ആർആർഎൻഎയുടെയും പ്രോട്ടീൻ ശകലങ്ങളുടെയും നഷ്ടം റൈബോസോം ഘടനയിൽ മാറ്റങ്ങൾ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്ന പരിണാമ സമ്മർദ്ദം സൃഷ്ടിക്കുന്നു എന്നാണ്. ഈ വകഭേദങ്ങൾ റൈബോസോമിന്റെ സജീവ സൈറ്റിൽ നിന്ന് വളരെ അകലെയാണ് സംഭവിക്കുന്നത്, കൂടാതെ കുറഞ്ഞ ആർആർഎൻഎ മൂലം തടസ്സപ്പെടുന്ന ഒപ്റ്റിമൽ റൈബോസോം അസംബ്ലി നിലനിർത്താൻ (അല്ലെങ്കിൽ പുനഃസ്ഥാപിക്കാൻ) സഹായിക്കുന്നതായി തോന്നുന്നു. മൈക്രോസ്‌പോരിഡിയ റൈബോസോമിന്റെ ഒരു പ്രധാന നവീകരണം ജീൻ ഡ്രിഫ്റ്റ് ബഫർ ചെയ്യേണ്ടതിന്റെ ആവശ്യകതയായി പരിണമിച്ചതായി തോന്നുന്നു എന്നാണ് ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നത്.
ഇതുവരെ മറ്റ് ജീവികളിൽ ഇത് നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടിട്ടില്ലാത്ത ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് ബൈൻഡിംഗ് വഴിയാണ് ഇത് ഏറ്റവും നന്നായി ചിത്രീകരിക്കപ്പെടുന്നത്. സാധാരണ മൈക്രോസ്‌പോറിഡിയകളിൽ ന്യൂക്ലിയോടൈഡ്-ബൈൻഡിംഗ് അവശിഷ്ടങ്ങൾ ഉണ്ട്, എന്നാൽ മറ്റ് യൂക്കറിയോട്ടുകളിൽ ഇല്ല എന്ന വസ്തുത സൂചിപ്പിക്കുന്നത്, ന്യൂക്ലിയോടൈഡ്-ബൈൻഡിംഗ് സൈറ്റുകൾ അപ്രത്യക്ഷമാകാൻ കാത്തിരിക്കുന്ന അവശിഷ്ടങ്ങൾ മാത്രമല്ല, അല്ലെങ്കിൽ വ്യക്തിഗത ന്യൂക്ലിയോടൈഡുകളുടെ രൂപത്തിലേക്ക് പുനഃസ്ഥാപിക്കേണ്ട rRNA യുടെ അന്തിമ സൈറ്റുമല്ല എന്നാണ്. പകരം, ഈ സൈറ്റ് നിരവധി റൗണ്ട് പോസിറ്റീവ് സെലക്ഷനിലൂടെ പരിണമിച്ചിരിക്കാവുന്ന ഒരു ഉപയോഗപ്രദമായ സവിശേഷത പോലെ തോന്നുന്നു. ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് ബൈൻഡിംഗ് സൈറ്റുകൾ സ്വാഭാവിക തിരഞ്ഞെടുപ്പിന്റെ ഒരു ഉപോൽപ്പന്നമായിരിക്കാം: ES39L ഡീഗ്രേഡ് ചെയ്തുകഴിഞ്ഞാൽ, ES39L ന്റെ അഭാവത്തിൽ ഒപ്റ്റിമൽ റൈബോസോം ബയോജെനിസിസ് പുനഃസ്ഥാപിക്കുന്നതിന് മൈക്രോസ്‌പോറിഡിയ നഷ്ടപരിഹാരം തേടാൻ നിർബന്ധിതരാകുന്നു. ഈ ന്യൂക്ലിയോടൈഡിന് ES39L ലെ A3186 ന്യൂക്ലിയോടൈഡിന്റെ തന്മാത്രാ സമ്പർക്കങ്ങളെ അനുകരിക്കാൻ കഴിയുമെന്നതിനാൽ, ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് തന്മാത്ര റൈബോസോമിന്റെ ഒരു നിർമ്മാണ ബ്ലോക്കായി മാറുന്നു, eL30 ശ്രേണിയുടെ മ്യൂട്ടേഷൻ വഴി ഇതിന്റെ ബൈൻഡിംഗ് കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു.
ഇൻട്രാ സെല്ലുലാർ പരാദങ്ങളുടെ തന്മാത്രാ പരിണാമത്തെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം, ഡാർവിനിയൻ പ്രകൃതി തിരഞ്ഞെടുപ്പിന്റെയും ജീനോം ക്ഷയത്തിന്റെ ജനിതക വ്യതിയാനത്തിന്റെയും ശക്തികൾ സമാന്തരമായി പ്രവർത്തിക്കുന്നില്ല, മറിച്ച് ആന്ദോളനം ചെയ്യുന്നുവെന്ന് ഞങ്ങളുടെ പഠനം കാണിക്കുന്നു. ഒന്നാമതായി, ജനിതക വ്യതിയാനം ജൈവതന്മാത്രകളുടെ പ്രധാന സവിശേഷതകളെ ഇല്ലാതാക്കുന്നു, ഇത് നഷ്ടപരിഹാരം വളരെ ആവശ്യമാക്കുന്നു. ഡാർവിനിയൻ പ്രകൃതി തിരഞ്ഞെടുപ്പിലൂടെ പരാദങ്ങൾ ഈ ആവശ്യം നിറവേറ്റുമ്പോൾ മാത്രമേ അവയുടെ മാക്രോമോളിക്യൂളുകൾക്ക് ഏറ്റവും ശ്രദ്ധേയവും നൂതനവുമായ സ്വഭാവവിശേഷങ്ങൾ വികസിപ്പിക്കാൻ അവസരം ലഭിക്കൂ. പ്രധാനമായും, ഇ. ക്യൂണിക്കുലി റൈബോസോമിലെ ന്യൂക്ലിയോടൈഡ് ബൈൻഡിംഗ് സൈറ്റുകളുടെ പരിണാമം സൂചിപ്പിക്കുന്നത് തന്മാത്രാ പരിണാമത്തിന്റെ ഈ നഷ്ട-നേട്ട രീതി ദോഷകരമായ മ്യൂട്ടേഷനുകളെ അമോർട്ടൈസ് ചെയ്യുക മാത്രമല്ല, ചിലപ്പോൾ പരാദ മാക്രോമോളിക്യൂളുകളിൽ പൂർണ്ണമായും പുതിയ പ്രവർത്തനങ്ങൾ നൽകുകയും ചെയ്യുന്നു എന്നാണ്.
ഈ ആശയം സെവെൽ റൈറ്റിന്റെ മൂവിംഗ് സന്തുലിത സിദ്ധാന്തവുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു, കർശനമായ പ്രകൃതിനിർദ്ധാരണ സംവിധാനം ജീവികളുടെ നവീകരണ ശേഷിയെ പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു എന്ന് അത് പ്രസ്താവിക്കുന്നു51,52,53. എന്നിരുന്നാലും, ജനിതക വ്യതിയാനം പ്രകൃതിനിർദ്ധാരണത്തെ തടസ്സപ്പെടുത്തുകയാണെങ്കിൽ, ഈ വ്യതിയാനങ്ങൾ അവയിൽ തന്നെ അഡാപ്റ്റീവ് (അല്ലെങ്കിൽ ഹാനികരമായ) അല്ലാത്ത മാറ്റങ്ങൾക്ക് കാരണമാകും, പക്ഷേ ഉയർന്ന ഫിറ്റ്നസ് അല്ലെങ്കിൽ പുതിയ ജൈവിക പ്രവർത്തനം നൽകുന്ന കൂടുതൽ മാറ്റങ്ങളിലേക്ക് നയിക്കും. ഒരു ജൈവതന്മാത്രയുടെ മടക്കും പ്രവർത്തനവും കുറയ്ക്കുന്ന അതേ തരത്തിലുള്ള മ്യൂട്ടേഷൻ അതിന്റെ മെച്ചപ്പെടുത്തലിനുള്ള പ്രധാന ട്രിഗറാണെന്ന് ചിത്രീകരിച്ചുകൊണ്ട് ഞങ്ങളുടെ ചട്ടക്കൂട് ഈ ആശയത്തെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നു. വിൻ-വിൻ പരിണാമ മാതൃകയ്ക്ക് അനുസൃതമായി, പരമ്പരാഗതമായി ഒരു ഡീജനറേറ്റീവ് പ്രക്രിയയായി കാണപ്പെടുന്ന ജീനോം ക്ഷയം നവീകരണത്തിന്റെ ഒരു പ്രധാന ചാലകമാണെന്നും, ചിലപ്പോൾ, ഒരുപക്ഷേ പലപ്പോഴും മാക്രോമോളിക്യൂളുകൾക്ക് പുതിയ പരാദ പ്രവർത്തനങ്ങൾ നേടാൻ പോലും അനുവദിക്കുമെന്നും ഞങ്ങളുടെ പഠനം കാണിക്കുന്നു.