Nature.com தளத்திற்கு வருகை தந்ததற்கு நன்றி. நீங்கள் பயன்படுத்தும் உலாவியில் CSS ஆதரவு குறைவாக உள்ளது. சிறந்த அனுபவத்தைப் பெற, மேம்படுத்தப்பட்ட உலாவியைப் பயன்படுத்துமாறு (அல்லது இன்டர்நெட் எக்ஸ்ப்ளோரரில் இணக்கப் பயன்முறையை முடக்குமாறு) பரிந்துரைக்கிறோம். இதற்கிடையில், தொடர்ச்சியான ஆதரவை உறுதிசெய்யும் வகையில், நாங்கள் இந்தத் தளத்தை ஸ்டைல்கள் மற்றும் ஜாவாஸ்கிரிப்ட் இல்லாமல் வழங்குவோம்.
நுண்ணுயிர் ஒட்டுண்ணிகளின் பரிணாம வளர்ச்சியானது, ஒட்டுண்ணிகளை மேம்படுத்தும் இயற்கை தேர்வுக்கும், ஒட்டுண்ணிகள் மரபணுக்களை இழந்து தீங்கு விளைவிக்கும் சடுதி மாற்றங்களைக் குவிக்கும் மரபணு நகர்வுக்கும் இடையிலான ஒரு எதிர்ச்செயலை உள்ளடக்கியுள்ளது. இங்கு, இந்த எதிர்ச்செயல் ஒரு ஒற்றை பெருமூலக்கூறின் அளவில் எவ்வாறு நிகழ்கிறது என்பதைப் புரிந்துகொள்வதற்காக, இயற்கையிலேயே மிகச்சிறிய மரபணுத்தொகுதிகளில் ஒன்றைக் கொண்ட ஒரு யூக்கரியோடிக் உயிரினமான என்செஃபலைட்டோசூன் குனிகுலியின் (Encephalitozoon cuniculi) ரைபோசோமின் கிரையோ-EM கட்டமைப்பை நாங்கள் விவரிக்கிறோம். E. குனிகுலி ரைபோசோம்களில் rRNA-வின் தீவிரக் குறைப்புடன், முன்பு அறியப்படாத இணைந்த rRNA இணைப்பிகள் மற்றும் வீக்கங்கள் இல்லாத rRNA போன்ற முன்னெப்போதும் இல்லாத கட்டமைப்பு மாற்றங்களும் ஏற்படுகின்றன. மேலும், சிதைந்த rRNA துண்டுகள் மற்றும் புரதங்களின் கட்டமைப்புப் போலிகளாகச் சிறிய மூலக்கூறுகளைப் பயன்படுத்தும் திறனை வளர்த்துக்கொள்வதன் மூலம், E. குனிகுலி ரைபோசோம், rRNA துண்டுகள் மற்றும் புரதங்களின் இழப்பைத் தாங்கி உயிர் பிழைத்தது. ஒட்டுமொத்தமாக, நீண்ட காலமாக குறைக்கப்பட்டதாகவும், சிதைந்ததாகவும், மற்றும் பலவீனப்படுத்தும் சடுதி மாற்றங்களுக்கு உட்பட்டதாகவும் கருதப்பட்ட மூலக்கூறு கட்டமைப்புகள், தீவிர மூலக்கூறு சுருக்கங்கள் இருந்தபோதிலும் அவற்றைச் செயல்பட வைக்கும் பல ஈடுசெய்யும் வழிமுறைகளைக் கொண்டுள்ளன என்பதை நாங்கள் காட்டுகிறோம்.
பெரும்பாலான நுண்ணுயிர் ஒட்டுண்ணிக் குழுக்கள் தங்கள் ஓம்புயிர்களைச் சுரண்டுவதற்குத் தனித்துவமான மூலக்கூறு கருவிகளைக் கொண்டிருப்பதால், நாம் பெரும்பாலும் வெவ்வேறு ஒட்டுண்ணிக் குழுக்களுக்கு வெவ்வேறு சிகிச்சை முறைகளை உருவாக்க வேண்டியுள்ளது¹,². இருப்பினும், ஒட்டுண்ணிப் பரிணாமத்தின் சில அம்சங்கள் ஒருங்கிணைகின்றன மற்றும் பெருமளவில் கணிக்கக்கூடியவை என்று புதிய சான்றுகள் தெரிவிக்கின்றன, இது நுண்ணுயிர் ஒட்டுண்ணிகளில் பரந்த சிகிச்சைத் தலையீடுகளுக்கான ஒரு சாத்தியமான அடிப்படையைக் குறிக்கிறது³,⁴,⁵,⁶,⁷,⁸,⁹.
முந்தைய ஆய்வுகள், நுண்ணுயிர் ஒட்டுண்ணிகளில் மரபணுத்தொகுதி குறைப்பு அல்லது மரபணுத்தொகுதி சிதைவு¹⁰,¹¹,¹²,¹³ எனப்படும் ஒரு பொதுவான பரிணாமப் போக்கைக் கண்டறிந்துள்ளன. தற்போதைய ஆய்வுகள், நுண்ணுயிரிகள் தங்களின் சுதந்திரமான வாழ்க்கை முறையைக் கைவிட்டு, உயிரணுக்களுக்குள் வாழும் ஒட்டுண்ணிகளாக (அல்லது அகவாழ்விகளாக) மாறும்போது, ​​அவற்றின் மரபணுத்தொகுதிகள் மில்லியன் கணக்கான ஆண்டுகளில் மெதுவாக ஆனால் வியக்கத்தக்க உருமாற்றங்களுக்கு உள்ளாகின்றன என்பதைக் காட்டுகின்றன¹⁹,¹¹. மரபணுத்தொகுதி சிதைவு என அறியப்படும் ஒரு செயல்முறையில், நுண்ணுயிர் ஒட்டுண்ணிகள் தீங்கு விளைவிக்கும் சடுதிமாற்றங்களைக் குவித்து, முன்னர் முக்கியமானவையாக இருந்த பல மரபணுக்களைப் போலி மரபணுக்களாக மாற்றி, படிப்படியான மரபணு இழப்புக்கும் சடுதிமாற்றச் சரிவுக்கும் வழிவகுக்கின்றன¹⁴,¹⁵. நெருங்கிய தொடர்புடைய சுதந்திரமாக வாழும் உயிரினங்களுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​இந்தச் சரிவு மிகப் பழமையான உயிரணுக்களுக்குள் வாழும் உயிரினங்களில் உள்ள 95% வரையிலான மரபணுக்களை அழிக்கக்கூடும். இவ்வாறு, உயிரணுக்களுக்குள் வாழும் ஒட்டுண்ணிகளின் பரிணாமம் என்பது இரண்டு எதிர் சக்திகளுக்கு இடையிலான ஒரு கயிறு இழுக்கும் போட்டியாகும்: ஒட்டுண்ணிகளின் மேம்பாட்டிற்கு வழிவகுக்கும் டார்வினிய இயற்கை தேர்வு மற்றும் ஒட்டுண்ணிகளை அழிவின் விளிம்பிற்குத் தள்ளும் மரபணுத்தொகுதியின் சரிவு. இந்த கயிறு இழுக்கும் போட்டியிலிருந்து ஒட்டுண்ணி எவ்வாறு மீண்டு வந்து, அதன் மூலக்கூறு அமைப்பின் செயல்பாட்டைத் தக்க வைத்துக் கொண்டது என்பது இன்னும் தெளிவாகத் தெரியவில்லை.
மரபணுத்தொகுதி சிதைவின் செயல்முறை முழுமையாகப் புரிந்து கொள்ளப்படவில்லை என்றாலும், அது முக்கியமாக அடிக்கடி நிகழும் மரபணு நகர்வு காரணமாகவே ஏற்படுவதாகத் தெரிகிறது. ஒட்டுண்ணிகள் சிறிய, பாலிலா இனப்பெருக்கம் செய்யும், மற்றும் மரபணு ரீதியாக வரையறுக்கப்பட்ட கூட்டங்களாக வாழ்வதால், டி.என்.ஏ இரட்டிப்பின் போது சில சமயங்களில் ஏற்படும் தீங்கு விளைவிக்கும் சடுதி மாற்றங்களை அவற்றால் திறம்பட அகற்ற முடிவதில்லை. இது தீங்கு விளைவிக்கும் சடுதி மாற்றங்கள் மீளமுடியாதபடி குவிவதற்கும், ஒட்டுண்ணியின் மரபணுத்தொகுதி குறைவதற்கும் வழிவகுக்கிறது. இதன் விளைவாக, ஒட்டுண்ணியானது உயிரணுக்களுக்குள் உயிர்வாழ்வதற்கு இனி அவசியமில்லாத மரபணுக்களை இழப்பது மட்டுமல்லாமல், அவ்வப்போது ஏற்படும் தீங்கு விளைவிக்கும் சடுதி மாற்றங்களைத் திறம்பட அகற்ற ஒட்டுண்ணி கூட்டங்களால் இயலாததே, அவற்றின் மிக முக்கியமான மரபணுக்கள் உட்பட, மரபணுத்தொகுதி முழுவதும் இந்த சடுதி மாற்றங்கள் குவிவதற்குக் காரணமாகிறது.
மரபணு குறைப்பு பற்றிய நமது தற்போதைய புரிதலின் பெரும்பகுதி, மரபணு வரிசைகளின் ஒப்பீடுகளை மட்டுமே அடிப்படையாகக் கொண்டது. அடிப்படைப் பணிகளைச் செய்யும் மற்றும் சாத்தியமான மருந்து இலக்குகளாகச் செயல்படும் உண்மையான மூலக்கூறுகளில் ஏற்படும் மாற்றங்களுக்குக் குறைந்த கவனமே செலுத்தப்படுகிறது. ஒப்பீட்டு ஆய்வுகள், தீங்கு விளைவிக்கும் செல் உள் நுண்ணுயிரிகளின் திடீர் மாற்றங்களின் சுமையானது, புரதங்களையும் நியூக்ளிக் அமிலங்களையும் தவறாக மடிவதற்கும் திரள்வதற்கும் முன்கூட்டியே தயார்படுத்துவதாகக் காட்டுகின்றன. இதனால் அவை சேப்பரோன்களை அதிகம் சார்ந்தவையாகவும் வெப்பத்திற்கு அதிக உணர்திறன் கொண்டவையாகவும் மாறுகின்றன¹⁹,²⁰,²²,²³. கூடுதலாக, பல்வேறு ஒட்டுண்ணிகள்—சில சமயங்களில் 2.5 பில்லியன் ஆண்டுகள் வரை இடைவெளியில் நிகழ்ந்த தனித்த பரிணாம வளர்ச்சி—தங்களின் புரதத் தொகுப்பு⁵,⁶ மற்றும் டி.என்.ஏ பழுதுபார்க்கும் வழிமுறைகளில்²⁴ இதேபோன்ற தரக் கட்டுப்பாட்டு மையங்களின் இழப்பைச் சந்தித்தன. இருப்பினும், தீங்கு விளைவிக்கும் திடீர் மாற்றங்களின் அதிகரித்து வரும் சுமைக்கு மூலக்கூறு தகவமைப்பு உட்பட, செல்லுலார் பெருமூலக்கூறுகளின் மற்ற அனைத்துப் பண்புகளின் மீதும் செல் உள் வாழ்க்கை முறையின் தாக்கம் பற்றி அதிகம் அறியப்படவில்லை.
இந்த ஆய்வில், செல் உள் நுண்ணுயிரிகளின் புரதங்கள் மற்றும் நியூக்ளிக் அமிலங்களின் பரிணாம வளர்ச்சியை நன்கு புரிந்துகொள்வதற்காக, செல் உள் ஒட்டுண்ணியான என்செஃபலைட்டோஸூன் குனிகுலியின் ரைபோசோம்களின் அமைப்பை நாங்கள் கண்டறிந்தோம். E. குனிகுலி என்பது ஒரு பூஞ்சை போன்ற உயிரினமாகும். இது ஒட்டுண்ணி மைக்ரோஸ்போரிடியா குழுவைச் சேர்ந்தது. இவை வழக்கத்திற்கு மாறாக சிறிய யூகேரியோடிக் மரபணுத்தொகுதிகளைக் கொண்டுள்ளன, எனவே மரபணுத்தொகுதி சிதைவைப் பற்றி ஆய்வு செய்ய மாதிரி உயிரினங்களாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன²⁵,²⁶,²⁷,²⁸,²⁹,³⁰. சமீபத்தில், மைக்ரோஸ்போரிடியா, பாரனோசீமா லோகஸ்டே மற்றும் வைரிமார்பா நெகாட்ரிக்ஸ்³¹,³² (~3.2 Mb மரபணுத்தொகுதி) ஆகியவற்றின் மிதமாகக் குறைக்கப்பட்ட மரபணுத்தொகுதிகளுக்கான கிரையோ-EM ரைபோசோம் அமைப்பு கண்டறியப்பட்டது.³¹,³² இந்த அமைப்புகள், rRNA பெருக்கத்தில் ஏற்படும் சில இழப்புகள், அருகிலுள்ள ரைபோசோமால் புரதங்களுக்கு இடையே புதிய தொடர்புகளை உருவாக்குவதன் மூலமோ அல்லது புதிய msL¹³¹,³² ரைபோசோமால் புரதங்களைப் பெறுவதன் மூலமோ ஈடுசெய்யப்படுகின்றன என்று குறிப்பிடுகின்றன. என்செஃபலைட்டோஸூன் (மரபணுத்தொகுதி ~2.5 மில்லியன் bp) சிற்றினமும், அவற்றின் நெருங்கிய உறவினரான ஆர்டோஸ்போராவும், யூகேரியோட்டுகளில் மரபணுத்தொகுதி சுருக்கத்தின் உச்சகட்டத்தை வெளிப்படுத்துகின்றன – அவை 2000-க்கும் குறைவான புரதக் குறியீட்டு மரபணுக்களைக் கொண்டுள்ளன. மேலும், E. cuniculi மரபணுத்தொகுதியில் ஒத்த மரபணுக்கள் இல்லாததால், அவற்றின் ரைபோசோம்களில் rRNA விரிவாக்கத் துண்டுகள் (யூகேரியோடிக் ரைபோசோம்களை பாக்டீரியல் ரைபோசோம்களிலிருந்து வேறுபடுத்தும் rRNA துண்டுகள்) இல்லாதது மட்டுமல்லாமல், நான்கு ரைபோசோமல் புரதங்களும் மட்டுமே இருக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது²⁶,²⁷,²⁸. எனவே, மரபணுத்தொகுதி சிதைவுக்கு மூலக்கூறு ரீதியான தகவமைப்பிற்காக, முன்னர் அறியப்படாத உத்திகளை E. cuniculi ரைபோசோம் வெளிப்படுத்த முடியும் என்று நாங்கள் முடிவு செய்தோம்.
எங்களின் கிரையோ-EM அமைப்பானது, இதுவரை பண்புப்படுத்தப்பட்டதிலேயே மிகச்சிறிய யூக்கரியோடிக் சைட்டோபிளாஸ்மிக் ரைபோசோமைக் குறிக்கிறது. மேலும், மரபணுத்தொகுதியின் இறுதிநிலைக் குறைப்பானது, செல்லுக்கு இன்றியமையாத மூலக்கூறு இயந்திரங்களின் கட்டமைப்பு, ஒருங்கிணைப்பு மற்றும் பரிணாம வளர்ச்சியை எவ்வாறு பாதிக்கிறது என்பது குறித்த ஒரு தெளிவை இது வழங்குகிறது. E. cuniculi ரைபோசோமானது, ஆர்.என்.ஏ மடிப்பு மற்றும் ரைபோசோம் ஒருங்கிணைப்பின் பரவலாகப் பாதுகாக்கப்பட்ட பல கொள்கைகளை மீறுவதையும், முன்னர் அறியப்படாத ஒரு புதிய ரைபோசோமல் புரதத்தையும் நாங்கள் கண்டறிந்தோம். முற்றிலும் எதிர்பாராத விதமாக, மைக்ரோஸ்போரிடியா ரைபோசோம்கள் சிறிய மூலக்கூறுகளைப் பிணைக்கும் திறனைப் பரிணாம வளர்ச்சி மூலம் பெற்றுள்ளன என்பதை நாங்கள் காட்டுகிறோம். மேலும், ஆர்.ஆர்.என்.ஏ மற்றும் புரதங்களில் ஏற்படும் துண்டிப்புகள், இறுதியில் ரைபோசோமிற்குப் பயனுள்ள பண்புகளை வழங்கக்கூடிய பரிணாமப் புதுமைகளைத் தூண்டுகின்றன என்று கருதுகோள் முன்வைக்கிறோம்.
செல்களுக்குள் வாழும் உயிரினங்களில் புரதங்கள் மற்றும் நியூக்ளிக் அமிலங்களின் பரிணாம வளர்ச்சியைப் பற்றிய நமது புரிதலை மேம்படுத்துவதற்காக, பாதிக்கப்பட்ட பாலூட்டி செல்களின் வளர்ப்பிலிருந்து ஈ. குனிகுலி (E. cuniculi) வித்துக்களைப் பிரித்தெடுத்து, அவற்றின் ரைபோசோம்களைத் தூய்மைப்படுத்தவும், இந்த ரைபோசோம்களின் அமைப்பைத் தீர்மானிக்கவும் நாங்கள் முடிவு செய்தோம். அதிக எண்ணிக்கையிலான ஒட்டுண்ணி மைக்ரோஸ்போரிடியாக்களைப் பெறுவது கடினம், ஏனெனில் மைக்ரோஸ்போரிடியாக்களை ஊட்டச்சத்து ஊடகத்தில் வளர்க்க முடியாது. மாறாக, அவை ஓம்புயிரி செல்லுக்குள் மட்டுமே வளர்ந்து இனப்பெருக்கம் செய்கின்றன. எனவே, ரைபோசோம் தூய்மைப்படுத்தலுக்காக ஈ. குனிகுலி உயிர்மத்தைப் பெறுவதற்கு, நாங்கள் RK13 என்ற பாலூட்டி சிறுநீரக செல் வரிசையை ஈ. குனிகுலி வித்துக்களால் தொற்றடையச் செய்து, ஈ. குனிகுலி வளர்ந்து பெருகுவதற்கு ஏதுவாக, இந்தத் தொற்றடைந்த செல்களைப் பல வாரங்களுக்கு வளர்த்தோம். சுமார் அரை சதுர மீட்டர் பரப்பளவுள்ள தொற்றடைந்த செல் அடுக்கைப் பயன்படுத்தி, எங்களால் சுமார் 300 மில்லிகிராம் மைக்ரோஸ்போரிடியா வித்துக்களைத் தூய்மைப்படுத்தி, அவற்றை ரைபோசோம்களைப் பிரித்தெடுக்கப் பயன்படுத்த முடிந்தது. பின்னர், நாங்கள் தூய்மைப்படுத்தப்பட்ட வித்துக்களைக் கண்ணாடி மணிகளைக் கொண்டு சிதைத்து, அந்தச் சிதைவுக் கரைசல்களைப் படிப்படியான பாலிஎதிலீன் கிளைக்கால் பின்னப் பிரிப்புக்கு உட்படுத்துவதன் மூலம் செப்பனிடப்படாத ரைபோசோம்களைப் பிரித்தெடுத்தோம். இதன் மூலம், கட்டமைப்புப் பகுப்பாய்விற்காகச் சுமார் 300 மைக்ரோகிராம் அளவிலான செப்பனிடப்படாத ஈ. குனிகுலி ரைபோசோம்களைப் பெற முடிந்தது.
பின்னர், இதன் விளைவாகக் கிடைத்த ரைபோசோம் மாதிரிகளைப் பயன்படுத்தி கிரையோ-EM படங்களைச் சேகரித்தோம். மேலும், பெரிய ரைபோசோமல் துணை அலகு, சிறிய துணை அலகின் தலைப்பகுதி மற்றும் சிறிய துணை அலகு ஆகியவற்றுக்குரிய முகமூடிகளைப் பயன்படுத்தி இந்தப் படங்களைச் செயலாக்கினோம். இந்தச் செயல்பாட்டின் போது, ​​நாங்கள் சுமார் 108,000 ரைபோசோமல் துகள்களின் படங்களைச் சேகரித்து, 2.7 Å பிரிதிறன் கொண்ட கிரையோ-EM படங்களைக் கணக்கிட்டோம் (துணைப் படங்கள் 1-3). பின்னர், E. cuniculi ரைபோசோம்களுடன் தொடர்புடைய rRNA, ரைபோசோமல் புரதம் மற்றும் உறக்கநிலைக் காரணி Mdf1 ஆகியவற்றை மாதிரியாக்க கிரையோ-EM படங்களைப் பயன்படுத்தினோம் (படம் 1a, b).
a உறக்கக் காரணி Mdf1 உடன் இணைந்துள்ள E. cuniculi ரைபோசோமின் அமைப்பு (pdb id 7QEP). b E. cuniculi ரைபோசோமுடன் தொடர்புடைய உறக்கக் காரணி Mdf1-இன் வரைபடம். c மைக்ரோஸ்போரிடியன் இனங்களில் மீட்கப்பட்ட rRNA-வை அறியப்பட்ட ரைபோசோமால் கட்டமைப்புகளுடன் ஒப்பிடும் இரண்டாம் நிலை கட்டமைப்பு வரைபடம். இந்தப் பகுதிகள், பெருக்கப்பட்ட rRNA துண்டுகள் (ES) மற்றும் ரைபோசோமின் செயல் தளங்களின் இருப்பிடத்தைக் காட்டுகின்றன; இதில் குறியீட்டு நீக்கத் தளம் (DC), சார்சினிசின் வளையம் (SRL), மற்றும் பெப்டைடில் டிரான்ஸ்ஃபெரேஸ் மையம் (PTC) ஆகியவை அடங்கும். d E. cuniculi ரைபோசோமின் பெப்டைடில் டிரான்ஸ்ஃபெரேஸ் மையத்திற்குரிய எலக்ட்ரான் அடர்த்தி, இந்த வினையூக்கத் தளம் E. cuniculi ஒட்டுண்ணி மற்றும் H. sapiens உள்ளிட்ட அதன் ஓம்புயிர்களிலும் ஒரே மாதிரியான அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது என்பதைக் காட்டுகிறது. e, f குறியீட்டு நீக்க மையத்தின் (e) தொடர்புடைய எலக்ட்ரான் அடர்த்தி மற்றும் குறியீட்டு நீக்க மையத்தின் (f) திட்டவட்டமான அமைப்பு ஆகியவை, பல பிற யூக்கரியோட்டுகளில் உள்ள A1491 (E. coli எண்ணிடல்) என்பதற்குப் பதிலாக E. cuniculi-யில் U1491 எச்சங்கள் உள்ளன என்பதைக் காட்டுகின்றன. இந்த மாற்றம், இந்தச் செயல் தளத்தைக் குறிவைக்கும் நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பிகளுக்கு E. cuniculi உணர்திறன் கொண்டதாக இருக்கலாம் என்று பரிந்துரைக்கிறது.
முன்னர் நிறுவப்பட்ட V. necatrix மற்றும் P. locustae ரைபோசோம்களின் கட்டமைப்புகளுக்கு மாறாக (இந்த இரண்டு கட்டமைப்புகளும் Nosematidae என்ற ஒரே மைக்ரோஸ்போரிடியா குடும்பத்தைச் சேர்ந்தவை மற்றும் ஒன்றுக்கொன்று மிகவும் ஒத்தவை), 31,32 E. cuniculi ரைபோசோம்கள் rRNA மற்றும் புரதத் துண்டாக்கத்தின் பல செயல்முறைகளுக்கு உட்படுகின்றன. மேலும் இயல்புமாற்றம் (துணைப் படங்கள் 4-6). rRNA-வில், மிகவும் குறிப்பிடத்தக்க மாற்றங்களில் பெருக்கப்பட்ட 25S rRNA துண்டான ES12L-இன் முழுமையான இழப்பு மற்றும் h39, h41, மற்றும் H18 சுருள்களின் பகுதி சிதைவு ஆகியவை அடங்கும் (படம் 1c, துணைப் படம் 4). ரைபோசோமல் புரதங்களில், மிகவும் குறிப்பிடத்தக்க மாற்றங்களில் eS30 புரதத்தின் முழுமையான இழப்பு மற்றும் eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17, மற்றும் eS7 புரதங்கள் சுருங்குதல் ஆகியவை அடங்கும் (துணைப் படங்கள் 4, 5).
இவ்வாறு, என்செஃபலோடோஸூன்/ஆர்டோஸ்போரா சிற்றினங்களின் மரபணுத்தொகுதிகளில் ஏற்படும் தீவிரமான குறைப்பு, அவற்றின் ரைபோசோம் அமைப்பில் பிரதிபலிக்கிறது: கட்டமைப்புப் பண்புக்கூறுகளுக்கு உட்பட்ட யூகேரியோட்டிக் சைட்டோபிளாஸ்மிக் ரைபோசோம்களில், ஈ. குனிகுலி ரைபோசோம்கள் புரத உள்ளடக்கத்தில் மிகவும் வியத்தகு இழப்பைச் சந்திக்கின்றன; மேலும், யூகேரியோட்டுகளில் மட்டுமல்லாமல், உயிரினங்களின் மூன்று களங்களிலும் பரவலாகப் பாதுகாக்கப்படும் ஆர்.ஆர்.என்.ஏ மற்றும் புரதத் துண்டுகள் கூட அவற்றில் இல்லை. ஈ. குனிகுலி ரைபோசோமின் அமைப்பு, இந்த மாற்றங்களுக்கான முதல் மூலக்கூறு மாதிரியை வழங்குகிறது மற்றும் ஒப்பீட்டு மரபணுவியல் மற்றும் உயிரணுக்களுக்குள் உள்ள உயிர்மூலக்கூறு அமைப்பு ஆய்வுகள் ஆகிய இரண்டாலும் கவனிக்கப்படாத பரிணாம நிகழ்வுகளை வெளிப்படுத்துகிறது (துணைப் படம் 7). கீழே, இந்த நிகழ்வுகள் ஒவ்வொன்றையும், அவற்றின் சாத்தியமான பரிணாம மூலங்கள் மற்றும் ரைபோசோம் செயல்பாட்டில் அவற்றின் சாத்தியமான தாக்கம் ஆகியவற்றுடன் விவரிக்கிறோம்.
பின்னர், பெரிய rRNA துண்டாக்கங்கள் மட்டுமின்றி, E. cuniculi ரைபோசோம்கள் அவற்றின் செயல் தளங்களில் ஒன்றில் rRNA மாறுபாடுகளைக் கொண்டிருப்பதைக் கண்டறிந்தோம். E. cuniculi ரைபோசோமின் பெப்டைடில் டிரான்ஸ்ஃபெரேஸ் மையம் மற்ற யூகேரியோடிக் ரைபோசோம்களைப் போன்ற அமைப்பைக் கொண்டிருந்தாலும் (படம் 1d), நியூக்ளியோடைடு 1491-இல் உள்ள வரிசை மாறுபாட்டின் காரணமாக அதன் குறியீட்டு நீக்க மையம் வேறுபடுகிறது (E. coli எண்ணிடல், படம் 1e, f). இந்தக் கவனிப்பு முக்கியமானது, ஏனெனில் பாக்டீரியா வகை எச்சங்களான A1408 மற்றும் G1491 உடன் ஒப்பிடும்போது, ​​யூகேரியோடிக் ரைபோசோம்களின் குறியீட்டு நீக்கத் தளம் பொதுவாக G1408 மற்றும் A1491 எச்சங்களைக் கொண்டுள்ளது. இந்த மாறுபாடுதான், அமினோகிளைகோசைடு குடும்பத்தைச் சேர்ந்த ரைபோசோமல் நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பிகள் மற்றும் குறியீட்டு நீக்கத் தளத்தைக் குறிவைக்கும் பிற சிறிய மூலக்கூறுகளுக்கு பாக்டீரியா மற்றும் யூகேரியோடிக் ரைபோசோம்களின் மாறுபட்ட உணர்திறனுக்கு அடிப்படையாக அமைகிறது. E. cuniculi ரைபோசோமின் டிகோடிங் தளத்தில், A1491 என்ற ரெசிடியூ U1491 ஆக மாற்றப்பட்டுள்ளது. இது, இந்தச் செயல் தளத்தைக் குறிவைக்கும் சிறிய மூலக்கூறுகளுக்கு ஒரு தனித்துவமான பிணைப்பு இடைமுகத்தை உருவாக்கக்கூடும். இதே A14901 மாறுபாடு, P. locustae மற்றும் V. necatrix போன்ற பிற மைக்ரோஸ்போரிடியாக்களிலும் காணப்படுகிறது. இது மைக்ரோஸ்போரிடியா இனங்களிடையே பரவலாக உள்ளது என்பதை இது உணர்த்துகிறது (படம் 1f).
எங்கள் E. cuniculi ரைபோசோம் மாதிரிகள் வளர்சிதை மாற்ற ரீதியாக செயலற்ற வித்துக்களிலிருந்து பிரித்தெடுக்கப்பட்டதால், மன அழுத்தம் அல்லது பட்டினி நிலைகளின் கீழ் முன்னர் விவரிக்கப்பட்ட ரைபோசோம் பிணைப்பிற்காக E. cuniculi-யின் கிரையோ-EM வரைபடத்தை நாங்கள் சோதித்தோம். உறக்கநிலைக் காரணிகள் 31,32,36,37, 38. உறக்கநிலையில் உள்ள ரைபோசோமின் முன்னர் நிறுவப்பட்ட கட்டமைப்பை E. cuniculi ரைபோசோமின் கிரையோ-EM வரைபடத்துடன் நாங்கள் பொருத்தினோம். டாகிங்கிற்காக, S. cerevisiae ரைபோசோம்கள் உறக்கநிலைக் காரணி Stm138 உடன் சிக்கலான அமைப்பிலும், வெட்டுக்கிளி ரைபோசோம்கள் Lso232 காரணியுடன் சிக்கலான அமைப்பிலும், மற்றும் V. necatrix ரைபோசோம்கள் Mdf1 மற்றும் Mdf231 காரணிகளுடன் சிக்கலான அமைப்பிலும் பயன்படுத்தப்பட்டன. அதே நேரத்தில், ஓய்வுக் காரணியான Mdf1-க்குரிய கிரையோ-EM அடர்த்தியையும் நாங்கள் கண்டறிந்தோம். V. necatrix ரைபோசோமுடன் Mdf1 பிணைவதைப் போலவே, E. cuniculi ரைபோசோமுடனும் Mdf1 பிணைகிறது. அங்கு அது ரைபோசோமின் E தளத்தைத் தடுக்கிறது. இதன் மூலம், உடல் செயலிழக்கும்போது ஒட்டுண்ணி வித்துக்கள் வளர்சிதை மாற்ற ரீதியாக செயலற்றதாக மாறும் சமயத்தில், ரைபோசோம்கள் கிடைக்கச் செய்ய இது உதவக்கூடும் (படம் 2).
Mdf1 ரைபோசோமின் E தளத்தைத் தடுக்கிறது, இது ஒட்டுண்ணி வித்துக்கள் வளர்சிதை மாற்ற ரீதியாகச் செயலற்றதாக மாறும்போது ரைபோசோமைச் செயலிழக்கச் செய்ய உதவுவதாகத் தெரிகிறது. E. cuniculi ரைபோசோமின் அமைப்பில், புரதத் தொகுப்பின் போது ரைபோசோமிலிருந்து டீஅசிடைலேட்டட் tRNA-வை வெளியிடுவதற்கு உதவும் ரைபோசோமின் பகுதியான L1 ரைபோசோம் தண்டுடன், Mdf1 முன்பு அறியப்படாத ஒரு தொடர்பை உருவாக்குவதை நாங்கள் கண்டறிந்தோம். இந்தத் தொடர்புகள், டீஅசிடைலேட்டட் tRNA-வைப் போலவே Mdf1-ம் ரைபோசோமிலிருந்து பிரிகிறது என்பதைக் காட்டுகின்றன. இது, புரதத் தொகுப்பை மீண்டும் செயல்படுத்துவதற்காக ரைபோசோம் எவ்வாறு Mdf1-ஐ நீக்குகிறது என்பதற்கு ஒரு சாத்தியமான விளக்கத்தை அளிக்கிறது.
இருப்பினும், எங்களின் கட்டமைப்பு, Mdf1-க்கும் L1 ரைபோசோம் காலுக்கும் (புரதத் தொகுப்பின் போது, ​​டீஅசைலேட்டட் tRNA-வை ரைபோசோமிலிருந்து விடுவிக்க உதவும் ரைபோசோமின் பகுதி) இடையே ஒரு அறியப்படாத தொடர்பை வெளிப்படுத்தியது. குறிப்பாக, Mdf1 ஆனது டீஅசைலேட்டட் tRNA மூலக்கூறின் முழங்கைப் பகுதியைப் போலவே அதே தொடர்புகளைப் பயன்படுத்துகிறது (படம் 2). முன்னர் அறியப்படாத இந்த மூலக்கூறு மாதிரியாக்கம், டீஅசிடைலேட்டட் tRNA-வைப் போலவே Mdf1-ம் அதே வழிமுறையைப் பயன்படுத்தி ரைபோசோமிலிருந்து பிரிகிறது என்பதைக் காட்டியது. இது, புரதத் தொகுப்பை மீண்டும் செயல்படுத்துவதற்காக, ரைபோசோம் இந்த உறக்கநிலைக் காரணியை எவ்வாறு நீக்குகிறது என்பதை விளக்குகிறது.
rRNA மாதிரியை உருவாக்கும்போது, ​​E. cuniculi ரைபோசோமில் அசாதாரணமாக மடிக்கப்பட்ட rRNA துண்டுகள் இருப்பதைக் கண்டறிந்தோம், அவற்றை நாங்கள் இணைந்த rRNA (படம் 3) என்று அழைத்தோம். உயிரின் மூன்று களங்களிலும் பரவியுள்ள ரைபோசோம்களில், rRNA ஆனது பெரும்பாலான rRNA காரங்கள் ஒன்றுடன் ஒன்று கார இணையாகி மடிவது அல்லது ரைபோசோமல் புரதங்களுடன் இடைவினை புரிவது போன்ற கட்டமைப்புகளாக மடிகிறது38,39,40. இருப்பினும், E. cuniculi ரைபோசோம்களில், rRNA-க்கள் தங்களின் சில சுருள்களை மடிக்கப்படாத rRNA பகுதிகளாக மாற்றுவதன் மூலம் இந்த மடிப்பு கொள்கையை மீறுவதாகத் தெரிகிறது.
S. cerevisiae, V. necatrix, மற்றும் E. cuniculi ஆகியவற்றில் உள்ள H18 25S rRNA சுருளின் அமைப்பு. பொதுவாக, மூன்று உயிர் மண்டலங்களையும் உள்ளடக்கிய ரைபோசோம்களில், இந்த இணைப்பி 24 முதல் 34 எச்சங்களைக் கொண்ட ஒரு RNA சுருளாகச் சுருள்கிறது. இதற்கு மாறாக, மைக்ரோஸ்போரிடியாவில், இந்த rRNA இணைப்பி படிப்படியாகச் சுருங்கி, வெறும் 12 எச்சங்களைக் கொண்ட, யூரிடின் நிறைந்த இரண்டு ஒற்றை இழை இணைப்பிகளாக மாறுகிறது. இந்த எச்சங்களில் பெரும்பாலானவை கரைப்பான்களுக்கு வெளிப்படுகின்றன. ஒட்டுண்ணி மைக்ரோஸ்போரிடியா, rRNA மடிப்புக்கான பொதுவான கொள்கைகளை மீறுவதாகத் தெரிகிறது என்பதை இந்தப் படம் காட்டுகிறது; இக்கொள்கைகளின்படி, rRNA காரங்கள் பொதுவாக மற்ற காரங்களுடன் இணைக்கப்படுகின்றன அல்லது rRNA-புரத இடைவினைகளில் ஈடுபடுகின்றன. மைக்ரோஸ்போரிடியாவில், சில rRNA துண்டுகள் ஒரு விரும்பத்தகாத மடிப்பை அடைகின்றன; இதில், முந்தைய rRNA சுருளானது கிட்டத்தட்ட ஒரு நேர்கோட்டில் நீட்டிக்கப்பட்ட ஒற்றை இழைத் துண்டாக மாறுகிறது. இந்த அசாதாரணப் பகுதிகளின் இருப்பு, மைக்ரோஸ்போரிடியா rRNA-வை மிகக் குறைந்த எண்ணிக்கையிலான RNA காரங்களைப் பயன்படுத்தி தொலைவில் உள்ள rRNA துண்டுகளுடன் பிணைக்க அனுமதிக்கிறது.
இந்தப் பரிணாம மாற்றத்தின் மிகவும் குறிப்பிடத்தக்க உதாரணத்தை H18 25S rRNA சுருளில் (படம் 3) காணலாம். E. coli முதல் மனிதர்கள் வரையிலான உயிரினங்களில், இந்த rRNA சுருளின் காரங்கள் 24-32 நியூக்ளியோடைடுகளைக் கொண்டு, சற்றே ஒழுங்கற்ற சுருளை உருவாக்குகின்றன. V. necatrix மற்றும் P. locustae ஆகியவற்றிலிருந்து முன்னர் அடையாளம் காணப்பட்ட ரைபோசோமால் கட்டமைப்புகளில்,31,32 H18 சுருளின் காரங்கள் பகுதியளவு சுருளாமல் உள்ளன, ஆனால் நியூக்ளியோடைடு கார இணைவு பாதுகாக்கப்படுகிறது. இருப்பினும், E. cuniculi-யில் இந்த rRNA துண்டு, 228UUUGU232 மற்றும் 301UUUUUUUUU307 என்ற மிகக் குறுகிய இணைப்பிகளாக மாறுகிறது. வழக்கமான rRNA துண்டுகளைப் போலல்லாமல், யூரிடின் நிறைந்த இந்த இணைப்பிகள் சுருள்வதோ அல்லது ரைபோசோமால் புரதங்களுடன் விரிவான தொடர்பை ஏற்படுத்துவதோ இல்லை. மாறாக, அவை கரைப்பான்-திறந்த மற்றும் முழுமையாக விரிக்கப்பட்ட கட்டமைப்புகளை ஏற்றுக்கொள்கின்றன, அவற்றில் rRNA இழைகள் கிட்டத்தட்ட நேராக நீட்டப்பட்டுள்ளன. இந்த நீட்டப்பட்ட அமைப்பு, H16 மற்றும் H18 rRNA சுருள்களுக்கு இடையே உள்ள 33 Å இடைவெளியை நிரப்ப E. cuniculi எவ்வாறு 12 RNA மூலக்கூறுகளை மட்டுமே பயன்படுத்துகிறது என்பதையும், மற்ற சிற்றினங்களுக்கு அந்த இடைவெளியை நிரப்ப குறைந்தபட்சம் இரண்டு மடங்கு அதிகமான rRNA மூலக்கூறுகள் தேவைப்படுவதையும் விளக்குகிறது.
இவ்வாறு, ஆற்றல் ரீதியாகச் சாதகமற்ற மடிப்புகளின் மூலம், ஒட்டுண்ணி மைக்ரோஸ்போரிடியாக்கள், உயிரினங்களின் மூன்று களங்களிலும் உள்ள சிற்றினங்கள் முழுவதும் பரவலாகப் பாதுகாக்கப்பட்டு வரும் ஆர்.ஆர்.என்.ஏ (rRNA) துண்டுகளைக் கூட சுருக்குவதற்கான ஒரு உத்தியை உருவாக்கியுள்ளன என்பதை நாம் நிரூபிக்க முடியும். வெளிப்படையாக, ஆர்.ஆர்.என்.ஏ சுருள்களைக் குறுகிய பாலி-யு (poly-U) இணைப்பிகளாக மாற்றும் சடுதி மாற்றங்களைக் குவிப்பதன் மூலம், ஈ. குனிகுலி (E. cuniculi) தொலைவில் உள்ள ஆர்.ஆர்.என்.ஏ துண்டுகளை இணைப்பதற்காக, முடிந்தவரை குறைவான நியூக்ளியோடைடுகளைக் கொண்ட அசாதாரண ஆர்.ஆர்.என்.ஏ துண்டுகளை உருவாக்க முடியும். மைக்ரோஸ்போரிடியாக்கள் தங்களின் கட்டமைப்பு மற்றும் செயல்பாட்டு ஒருமைப்பாட்டை இழக்காமல், அவற்றின் அடிப்படை மூலக்கூறு அமைப்பில் ஒரு வியத்தகு குறைப்பை எவ்வாறு அடைந்தன என்பதை இது விளக்க உதவுகிறது.
E. cuniculi rRNA-வின் மற்றொரு அசாதாரண அம்சம், தடிப்புகள் இல்லாத rRNA-வின் தோற்றமாகும் (படம் 4). புடைப்புகள் என்பவை கார இணைகள் இல்லாத நியூக்ளியோடைடுகள் ஆகும், அவை RNA சுருளுக்குள் மறைந்திருப்பதற்குப் பதிலாக அதிலிருந்து வெளியே முறுக்கப்படுகின்றன. பெரும்பாலான rRNA புடைப்புகள் மூலக்கூறு ஒட்டுபொருட்களாகச் செயல்பட்டு, அருகிலுள்ள ரைபோசோமல் புரதங்கள் அல்லது பிற rRNA துண்டுகளைப் பிணைக்க உதவுகின்றன. சில புடைப்புகள் கீல்களாகச் செயல்பட்டு, பயனுள்ள புரதத் தொகுப்பிற்காக rRNA சுருள் உகந்த முறையில் வளைந்து மடிவதற்கு அனுமதிக்கின்றன 41.
a ஒரு rRNA நீட்சி (S. cerevisiae எண்ணிடல்) E. cuniculi ரைபோசோம் அமைப்பில் இல்லை, ஆனால் மற்ற பெரும்பாலான யூக்கரியோட்டுகளில் உள்ளது. b E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens, மற்றும் E. cuniculi உள் ரைபோசோம்கள். ஒட்டுண்ணிகளில் பல பழமையான, மிகவும் பாதுகாக்கப்பட்ட rRNA வீக்கங்கள் இல்லை. இந்தத் தடிப்புகள் ரைபோசோம் அமைப்பை நிலைப்படுத்துகின்றன; எனவே, மைக்ரோஸ்போரிடியாவில் அவை இல்லாதது, மைக்ரோஸ்போரிடியா ஒட்டுண்ணிகளில் rRNA மடிப்பின் நிலைத்தன்மை குறைந்துள்ளதைக் குறிக்கிறது. P தண்டுகளுடன் (பாக்டீரியாவில் L7/L12 தண்டுகள்) ஒப்பிடும்போது, ​​rRNA புடைப்புகள் இழக்கப்படுவது, சில சமயங்களில் இழந்த புடைப்புகளுக்கு அருகில் புதிய புடைப்புகள் தோன்றுவதோடு ஒத்துப்போகிறது. 23S/28S rRNA-வில் உள்ள H42 சுருளானது, உயிரினங்களின் மூன்று களங்களில் அதன் பாதுகாப்பின் காரணமாக, குறைந்தது 3.5 பில்லியன் ஆண்டுகள் பழமையானதாக மதிப்பிடப்பட்ட ஒரு பழமையான புடைப்பைக் (Saccharomyces cerevisiae-வில் U1206) கொண்டுள்ளது. மைக்ரோஸ்போரிடியாவில், இந்த வீக்கம் நீக்கப்பட்டுவிடுகிறது. இருப்பினும், நீக்கப்பட்ட வீக்கத்திற்கு அருகில் ஒரு புதிய வீக்கம் தோன்றியது (E. cuniculi-இல் A1306).
குறிப்பிடத்தக்க வகையில், மற்ற உயிரினங்களில் காணப்படும் பெரும்பாலான rRNA வீக்கங்கள் E. cuniculi ரைபோசோம்களில் இல்லை என்பதைக் கண்டறிந்தோம்; இதில் மற்ற யூக்கரியோட்டுகளில் பாதுகாக்கப்பட்டுள்ள 30-க்கும் மேற்பட்ட வீக்கங்களும் அடங்கும் (படம் 4a). இந்த இழப்பு, ரைபோசோமால் துணை அலகுகளுக்கும் அருகிலுள்ள rRNA சுருள்களுக்கும் இடையிலான பல தொடர்புகளை நீக்குகிறது, சில சமயங்களில் ரைபோசோமிற்குள் பெரிய வெற்றிடங்களை உருவாக்குகிறது, இதனால் E. cuniculi ரைபோசோம் மிகவும் பாரம்பரியமான ரைபோசோம்களை விட அதிக நுண்துளைகள் கொண்டதாகிறது (படம் 4b). குறிப்பாக, முன்னர் அடையாளம் காணப்பட்ட V. necatrix மற்றும் P. locustae ரைபோசோம் கட்டமைப்புகளிலும் இந்த வீக்கங்களில் பெரும்பாலானவை இழக்கப்பட்டிருப்பதைக் கண்டறிந்தோம்; இவை முந்தைய கட்டமைப்புப் பகுப்பாய்வுகளால்31,32 கவனிக்கப்படாமல் விடப்பட்டிருந்தன.
சில சமயங்களில், rRNA வீக்கங்கள் இழக்கப்படும்போது, ​​இழந்த வீக்கத்திற்கு அருகில் புதிய வீக்கங்கள் உருவாகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, ரைபோசோமின் P-தண்டில் (Saccharomyces cerevisiae-வில்) U1208 வீக்கம் உள்ளது; இது E. coli-யிலிருந்து மனிதர்களுக்குத் தப்பிப்பிழைத்ததால், 3.5 பில்லியன் ஆண்டுகள் பழமையானது என மதிப்பிடப்படுகிறது. புரதத் தொகுப்பின் போது, ​​இந்த வீக்கம் P-தண்டை திறந்த மற்றும் மூடிய வடிவங்களுக்கு இடையில் நகர உதவுகிறது, இதன் மூலம் ரைபோசோம் மொழிபெயர்ப்பு காரணிகளை ஈர்த்து அவற்றைச் செயல்படும் தளத்திற்கு வழங்க முடியும். E. cuniculi ரைபோசோம்களில், இந்தத் தடிப்பு இல்லை; இருப்பினும், மூன்று கார இணைகளில் மட்டுமே அமைந்துள்ள ஒரு புதிய தடிப்பு (G883), P-தண்டின் உகந்த நெகிழ்வுத்தன்மையை மீட்டெடுக்கப் பங்களிக்க முடியும் (படம் 4c).
புடைப்புகள் இல்லாத ஆர்.ஆர்.என்.ஏ குறித்த எங்கள் தரவுகள், ஆர்.ஆர்.என்.ஏ சுருங்குதல் என்பது ரைபோசோமின் மேற்பரப்பில் உள்ள ஆர்.ஆர்.என்.ஏ கூறுகளின் இழப்புடன் மட்டும் நின்றுவிடாமல், ரைபோசோம் உட்கருவையும் உள்ளடக்கி, தனித்து வாழும் செல்களில் விவரிக்கப்படாத ஒரு ஒட்டுண்ணி-குறிப்பிட்ட மூலக்கூறு குறைபாட்டை உருவாக்கக்கூடும் என்று சுட்டிக்காட்டுகின்றன. வாழும் உயிரினங்களில் இவை காணப்படுகின்றன.
வழக்கமான ரைபோசோமால் புரதங்கள் மற்றும் ஆர்.ஆர்.என்.ஏ-வை மாதிரியாக்கிய பிறகு, கிரையோ-ஈ.எம் படத்தின் மூன்று பகுதிகளை வழக்கமான ரைபோசோமால் கூறுகளால் விளக்க முடியாது என்பதைக் கண்டறிந்தோம். இந்தத் துண்டுகளில் இரண்டு, அளவில் சிறிய மூலக்கூறுகளாகும் (படம் 5, துணைப் படம் 8). முதல் பகுதி, பொதுவாக eL18-இன் C-முனை இருக்கும் இடத்தில் uL15 மற்றும் eL18 என்ற ரைபோசோமால் புரதங்களுக்கு இடையில் அமைந்துள்ளது; இந்த C-முனை E. cuniculi-யில் சுருக்கப்பட்டுள்ளது. இந்த மூலக்கூறின் அடையாளத்தை எங்களால் தீர்மானிக்க முடியாவிட்டாலும், இந்த அடர்த்தித் தீவின் அளவும் வடிவமும் ஸ்பெர்மிடின் மூலக்கூறுகளின் இருப்பால் நன்கு விளக்கப்படுகிறது. uL15 புரதங்களில் (Asp51 மற்றும் Arg56) உள்ள மைக்ரோஸ்போரிடியா-சார்ந்த சடுதிமாற்றங்களால் இது ரைபோசோமுடன் பிணைவது நிலைப்படுத்தப்படுகிறது. இந்த சடுதிமாற்றங்கள், uL15-ஐ அந்தச் சிறிய மூலக்கூறை ஒரு ரைபோசோமால் கட்டமைப்பிற்குள் சுற்ற அனுமதிப்பதால், இந்தச் சிறிய மூலக்கூறுக்கான ரைபோசோமின் ஈர்ப்பை அதிகரிப்பதாகத் தெரிகிறது. துணைப் படம் 2). 8, கூடுதல் தரவுகள் 1, 2).
E. cuniculi ரைபோசோமுடன் பிணைக்கப்பட்ட ரைபோஸுக்கு வெளியே நியூக்ளியோடைடுகள் இருப்பதைக் காட்டும் கிரையோ-EM படப்பிடிப்பு. E. cuniculi ரைபோசோமில், இந்த நியூக்ளியோடைடு பெரும்பாலான பிற யூகேரியோடிக் ரைபோசோம்களில் உள்ள 25S rRNA A3186 நியூக்ளியோடைடின் (சாக்ரோமைசஸ் செரிவிசியே எண்ணிடல்) அதே இடத்தை ஆக்கிரமிக்கிறது. b E. cuniculi-யின் ரைபோசோமல் அமைப்பில், இந்த நியூக்ளியோடைடு uL9 மற்றும் eL20 ஆகிய ரைபோசோமல் புரதங்களுக்கு இடையில் அமைந்துள்ளது, இதன் மூலம் இரண்டு புரதங்களுக்கும் இடையிலான தொடர்பை நிலைப்படுத்துகிறது. cd மைக்ரோஸ்போரிடியா இனங்களிடையே eL20 வரிசைப் பாதுகாப்பு பகுப்பாய்வு. மைக்ரோஸ்போரிடியா சிற்றினங்களின் இனவளர்ச்சி மரம் (c) மற்றும் eL20 புரதத்தின் பல வரிசை சீரமைப்பு (d) ஆகியவை, நியூக்ளியோடைடு-பிணைப்பு எச்சங்களான F170 மற்றும் K172 ஆகியவை பெரும்பாலான வழக்கமான மைக்ரோஸ்போரிடியாவில் பாதுகாக்கப்பட்டுள்ளன என்பதைக் காட்டுகின்றன. இதற்கு விதிவிலக்காக, ES39L rRNA நீட்டிப்பைத் தக்கவைத்துக் கொண்ட ஆரம்பகால கிளை மைக்ரோஸ்போரிடியாவில் S. lophii உள்ளது. e இந்தப் படம், நியூக்ளியோடைடு-பிணைப்பு எச்சங்களான F170 மற்றும் K172 ஆகியவை மிகவும் குறைக்கப்பட்ட மைக்ரோஸ்போரிடியா மரபணுத்தொகுப்பின் eL20-இல் மட்டுமே உள்ளன, ஆனால் மற்ற யூகேரியோட்டுகளில் இல்லை என்பதைக் காட்டுகிறது. ஒட்டுமொத்தமாக, இந்தத் தரவுகள், மைக்ரோஸ்போரிடியன் ரைபோசோம்கள் ஒரு நியூக்ளியோடைடு பிணைப்பு தளத்தை உருவாக்கியுள்ளன என்பதைக் குறிப்பிடுகின்றன. இந்தத் தளம் AMP மூலக்கூறுகளைப் பிணைத்து, ரைபோசோமல் அமைப்பில் புரத-புரத இடைவினைகளை நிலைப்படுத்த அவற்றைப் பயன்படுத்துவதாகத் தெரிகிறது. மைக்ரோஸ்போரிடியாவில் இந்த பிணைப்பு தளம் அதிக அளவில் பாதுகாக்கப்பட்டிருப்பதும், மற்ற யூகேரியோட்டுகளில் இது இல்லாததும், இந்தத் தளம் மைக்ரோஸ்போரிடியாவிற்கு ஒரு தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட உயிர்வாழும் நன்மையை வழங்கக்கூடும் என்று பரிந்துரைக்கிறது. எனவே, மைக்ரோஸ்போரிடியா ரைபோசோமில் உள்ள நியூக்ளியோடைடு-பிணைப்புப் பையானது, முன்பு விவரிக்கப்பட்டதைப் போல, ஆர்.ஆர்.என்.ஏ சிதைவின் ஒரு சீரழிந்த அம்சமாகவோ அல்லது இறுதி வடிவமாகவோ தோன்றவில்லை; மாறாக, இது ஒரு பயனுள்ள பரிணாமப் புத்தாக்கமாகும். இது மைக்ரோஸ்போரிடியா ரைபோசோமை, சிறிய மூலக்கூறுகளை ரைபோசோம்களுக்கான மூலக்கூறு கட்டுமானத் தொகுதிகளாகப் பயன்படுத்தி, அவற்றை நேரடியாகப் பிணைக்க அனுமதிக்கிறது. இந்தக் கண்டுபிடிப்பு, ஒற்றை நியூக்ளியோடைடை அதன் கட்டமைப்புத் தொகுதியாகப் பயன்படுத்தும் அறியப்பட்ட ஒரே ரைபோசோமாக மைக்ரோஸ்போரிடியா ரைபோசோமை ஆக்குகிறது. f நியூக்ளியோடைடு பிணைப்பிலிருந்து பெறப்பட்ட கருதுகோள் பரிணாமப் பாதை.
இரண்டாவது குறைந்த மூலக்கூறு எடை அடர்த்தி, ரைபோசோமல் புரதங்களான uL9 மற்றும் eL30-க்கு இடையேயான இடைமுகத்தில் அமைந்துள்ளது (படம் 5a). இந்த இடைமுகம், முன்னர் சாக்கரோமைசஸ் செரிவிசியே ரைபோசோமின் அமைப்பில், rRNA A3186-இன் (ES39L rRNA நீட்டிப்பின் ஒரு பகுதி) 25S நியூக்ளியோடைடுக்கான ஒரு பிணைப்புத் தளமாக விவரிக்கப்பட்டது38. சிதைந்த P. லோகஸ்டே ES39L ரைபோசோம்களில், இந்த இடைமுகம் ஒரு அறியப்படாத ஒற்றை நியூக்ளியோடைடைப் பிணைக்கிறது என்று காட்டப்பட்டது31, மேலும் இந்த நியூக்ளியோடைடு, rRNA-இன் நீளம் ~130-230 காரங்களைக் கொண்ட, rRNA-இன் குறைக்கப்பட்ட இறுதி வடிவமாகக் கருதப்படுகிறது. ES39L ஒரு ஒற்றை நியூக்ளியோடைடாகக் குறைக்கப்படுகிறது32.43. அடர்த்தியை நியூக்ளியோடைடுகளால் விளக்க முடியும் என்ற கருத்தை எங்கள் கிரையோ-EM படங்கள் ஆதரிக்கின்றன. இருப்பினும், எங்கள் அமைப்பின் உயர் தெளிவுத்திறன், இந்த நியூக்ளியோடைடு ஒரு ரைபோசோமிற்கு அப்பாற்பட்ட மூலக்கூறு, ஒருவேளை AMP ஆக இருக்கலாம் என்பதைக் காட்டியது (படம் 5a, b).
பின்னர், நியூக்ளியோடைடு பிணைப்புத் தளம் E. cuniculi ரைபோசோமில் தோன்றியதா அல்லது அது முன்பே இருந்ததா என்று நாங்கள் கேட்டோம். eL30 ரைபோசோமல் புரதத்தில் நியூக்ளியோடைடு பிணைப்பு முக்கியமாக Phe170 மற்றும் Lys172 எச்சங்களால் மத்தியஸ்தம் செய்யப்படுவதால், 4396 பிரதிநிதித்துவ யூக்கரியோட்டுகளில் இந்த எச்சங்களின் பாதுகாப்பை நாங்கள் மதிப்பிட்டோம். மேலே உள்ள uL15 விஷயத்தைப் போலவே, Phe170 மற்றும் Lys172 எச்சங்கள் வழக்கமான மைக்ரோஸ்போரிடியாவில் மட்டுமே மிகவும் பாதுகாக்கப்பட்டிருப்பதையும், ஆனால் ES39L rRNA துண்டு குறைக்கப்படாத அசாதாரண மைக்ரோஸ்போரிடியா, மிட்டோஸ்போரிடியம் மற்றும் ஆம்பியாம்ப்ளிஸ் உள்ளிட்ட பிற யூக்கரியோட்டுகளில் அவை இல்லை என்பதையும் நாங்கள் கண்டறிந்தோம் 44, 45, 46 (படம் 5c). -e).
ஒட்டுமொத்தமாகப் பார்க்கும்போது, ​​இந்தத் தரவுகள், E. cuniculi மற்றும் ஒருவேளை மற்ற மரபுவழி மைக்ரோஸ்போரிடியாக்களும், rRNA மற்றும் புரத அளவுகளில் ஏற்படும் சரிவை ஈடுசெய்வதற்காக, ரைபோசோம் அமைப்பில் அதிக எண்ணிக்கையிலான சிறிய வளர்சிதை மாற்றப் பொருட்களைத் திறமையாகப் பிடிக்கும் திறனைப் பரிணாம வளர்ச்சியின் மூலம் பெற்றுள்ளன என்ற கருத்தை ஆதரிக்கின்றன. அவ்வாறு செய்வதன் மூலம், அவை ரைபோசோமிற்கு வெளியே நியூக்ளியோடைடுகளைப் பிணைக்கும் ஒரு தனித்துவமான திறனை உருவாக்கியுள்ளன. இது, ஒட்டுண்ணி மூலக்கூறு அமைப்புகள், ஏராளமாக உள்ள சிறிய வளர்சிதை மாற்றப் பொருட்களைப் பிடித்து, அவற்றைச் சிதைந்த RNA மற்றும் புரதத் துண்டுகளின் கட்டமைப்புப் போலிகளாகப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் ஈடுசெய்கின்றன என்பதைக் காட்டுகிறது.
பெரிய ரைபோசோமல் துணை அலகில் காணப்படும், எங்களின் கிரையோ-EM வரைபடத்தின் உருவகப்படுத்தப்படாத மூன்றாவது பகுதி இது. எங்களின் வரைபடத்தின் ஒப்பீட்டளவில் உயர் தெளிவுத்திறன் (2.6 Å), இந்த அடர்த்தி பெரிய பக்கச் சங்கிலி எச்சங்களின் தனித்துவமான சேர்க்கைகளைக் கொண்ட புரதங்களுக்கு உரியது என்பதைக் காட்டுகிறது. இது, முன்னர் அறியப்படாத ஒரு ரைபோசோமல் புரதமாக இந்த அடர்த்தியை அடையாளம் காண எங்களுக்கு உதவியது. அதற்கு msL2 (மைக்ரோஸ்போரிடியா-குறிப்பிட்ட புரதம் L2) எனப் பெயரிடப்பட்டது (முறைகள், படம் 6). எங்களின் ஒத்த தன்மைத் தேடல், msL2 ஆனது என்செஃபலைட்டர் மற்றும் ஓரோஸ்போரிடியம் பேரினங்களின் மைக்ரோஸ்போரிடியா கிளையில் பாதுகாக்கப்பட்டிருப்பதையும், ஆனால் மற்ற மைக்ரோஸ்போரிடியா உட்பட பிற இனங்களில் இது இல்லை என்பதையும் காட்டியது. ரைபோசோமல் அமைப்பில், நீட்டிக்கப்பட்ட ES31L rRNA-வின் இழப்பால் உருவான ஒரு இடைவெளியை msL2 ஆக்கிரமிக்கிறது. இந்த வெற்றிடத்தில், msL2 ஆனது rRNA மடிப்பை நிலைப்படுத்த உதவுகிறது மற்றும் ES31L-இன் இழப்பை ஈடுசெய்யும் திறன் கொண்டது (படம் 6).
a E. cuniculi ரைபோசோம்களில் காணப்படும் மைக்ரோஸ்போரிடியா-குறிப்பிட்ட ரைபோசோமல் புரதமான msL2-இன் எலக்ட்ரான் அடர்த்தி மற்றும் மாதிரி. b சாக்கரோமைசஸ் செரிவிசியாவின் 80S ரைபோசோம் உட்பட, பெரும்பாலான யூகேரியோடிக் ரைபோசோம்களில், பெரும்பாலான மைக்ரோஸ்போரிடியன் இனங்களில் ES19L rRNA பெருக்கம் இழக்கப்பட்டுள்ளது. V. necatrix மைக்ரோஸ்போரிடியா ரைபோசோமின் முன்னர் நிறுவப்பட்ட அமைப்பு, இந்த ஒட்டுண்ணிகளில் ES19L இழப்பு புதிய msL1 ரைபோசோமல் புரதத்தின் பரிணாமத்தால் ஈடுசெய்யப்படுகிறது என்று கூறுகிறது. இந்த ஆய்வில், E. cuniculi ரைபோசோம் ES19L இழப்பிற்கு ஒரு வெளிப்படையான ஈடுசெய்தலாக ஒரு கூடுதல் ரைபோசோமல் RNA மிமிக் புரதத்தையும் உருவாக்கியுள்ளது என்பதைக் கண்டறிந்தோம். இருப்பினும், msL2 (தற்போது கருதுகோள் ECU06_1135 புரதம் என விளக்கப்பட்டுள்ளது) மற்றும் msL1 ஆகியவை வெவ்வேறு கட்டமைப்பு மற்றும் பரிணாம தோற்றங்களைக் கொண்டுள்ளன. பரிணாம ரீதியாகத் தொடர்பில்லாத msL1 மற்றும் msL2 ரைபோசோமால் புரதங்கள் உருவாவதைக் கண்டறிந்த இந்தக் கண்டுபிடிப்பானது, ரைபோசோம்கள் தங்களின் rRNA-வில் தீங்கு விளைவிக்கும் சடுதி மாற்றங்களைக் குவித்தால், நெருங்கிய தொடர்புடைய உயிரினங்களின் ஒரு சிறிய துணைக்குழுவில்கூட, முன்னெப்போதும் இல்லாத அளவிலான அமைப்புசார் பன்முகத்தன்மையை அடைய முடியும் என்பதை உணர்த்துகிறது. இந்தக் கண்டுபிடிப்பானது, மிகவும் குறைக்கப்பட்ட rRNA மற்றும் உயிரினங்கள் முழுவதும் புரத அமைப்பில் காணப்படும் அசாதாரண மாறுபாடுகளுக்காக அறியப்படும் மைட்டோகாண்ட்ரியல் ரைபோசோமின் தோற்றம் மற்றும் பரிணாம வளர்ச்சியைத் தெளிவுபடுத்த உதவக்கூடும்.
பின்னர், V. necatrix ரைபோசோமில் காணப்படும், மைக்ரோஸ்போரிடியாவுக்கென பிரத்தியேகமாக அறியப்பட்ட ஒரே ரைபோசோமால் புரதமான, முன்னர் விவரிக்கப்பட்ட msL1 புரதத்துடன் msL2 புரதத்தை நாங்கள் ஒப்பிட்டோம். msL1 மற்றும் msL2 ஆகியவை பரிணாம ரீதியாகத் தொடர்புடையவையா என்பதை நாங்கள் சோதிக்க விரும்பினோம். எங்கள் பகுப்பாய்வில், msL1 மற்றும் msL2 ஆகியவை ரைபோசோமால் அமைப்பில் ஒரே குழியை ஆக்கிரமித்துள்ளன, ஆனால் வெவ்வேறு முதன்மை மற்றும் மூன்றாம் நிலை அமைப்புகளைக் கொண்டுள்ளன என்பது தெரியவந்தது. இது அவற்றின் தனித்த பரிணாமத் தோற்றத்தைக் குறிக்கிறது (படம் 6). இவ்வாறு, msL2 பற்றிய எங்கள் கண்டுபிடிப்பு, rRNA துண்டுகளின் இழப்பை ஈடுசெய்வதற்காக, கச்சிதமான யூகேரியோடிக் உயிரினங்களின் குழுக்கள், அமைப்புரீதியாக வேறுபட்ட ரைபோசோமால் புரதங்களைத் தனித்தனியாகப் பரிணமிக்க முடியும் என்பதற்குச் சான்றளிக்கிறது. பெரும்பாலான சைட்டோபிளாஸ்மிக் யூகேரியோடிக் ரைபோசோம்கள், 81 ரைபோசோமால் புரதங்களின் அதே குடும்பத்தைச் சேர்ந்த ஒரு மாறாத புரதத்தைக் கொண்டிருப்பதால், இந்தக் கண்டுபிடிப்பு குறிப்பிடத்தக்கது. நீட்டிக்கப்பட்ட rRNA பகுதிகள் இழக்கப்படுவதற்குப் பதிலளிக்கும் விதமாக, மைக்ரோஸ்போரிடியாவின் பல்வேறு கிளைகளில் msL1 மற்றும் msL2 தோன்றுவது, ஒட்டுண்ணியின் மூலக்கூறு கட்டமைப்பின் சிதைவானது, ஈடுசெய்யும் சடுதி மாற்றங்களைத் தேட ஒட்டுண்ணிகளைத் தூண்டுகிறது என்பதையும், இது இறுதியில் வெவ்வேறு ஒட்டுண்ணி இனத்தொகைகளில் அவற்றின் கட்டமைப்புகளைப் பெறுவதற்கு வழிவகுக்கக்கூடும் என்பதையும் உணர்த்துகிறது.
இறுதியாக, எங்கள் மாதிரி முழுமையடைந்தபோது, ​​E. cuniculi ரைபோசோமின் அமைப்பை, மரபணு வரிசைமுறையிலிருந்து கணிக்கப்பட்ட அமைப்புடன் ஒப்பிட்டோம். E. cuniculi மரபணுவில் அவற்றின் ஒத்த புரதங்கள் வெளிப்படையாக இல்லாததால், eL14, eL38, eL41 மற்றும் eS30 உள்ளிட்ட பல ரைபோசோமால் புரதங்கள், E. cuniculi மரபணுவில் இல்லை என்று முன்னர் கருதப்பட்டது. மிகவும் குறைக்கப்பட்ட பெரும்பாலான பிற செல் உள் ஒட்டுண்ணிகள் மற்றும் அகவாழ்விகளிலும் பல ரைபோசோமால் புரதங்களின் இழப்பு கணிக்கப்பட்டுள்ளது. எடுத்துக்காட்டாக, பெரும்பாலான சுதந்திரமாக வாழும் பாக்டீரியாக்கள் 54 ரைபோசோமால் புரதங்களைக் கொண்ட ஒரே குடும்பத்தைக் கொண்டிருந்தாலும், புரவலன்-கட்டுப்படுத்தப்பட்ட பாக்டீரியாக்களின் பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்ட ஒவ்வொரு மரபணுவிலும் இந்தப் புரதக் குடும்பங்களில் 11 மட்டுமே கண்டறியக்கூடிய ஒத்த புரதங்களைக் கொண்டுள்ளன. இந்தக் கருத்தை ஆதரிக்கும் வகையில், eL38 மற்றும் eL4131,32 புரதங்கள் இல்லாத V. necatrix மற்றும் P. locustae மைக்ரோஸ்போரிடியாவில் ரைபோசோமால் புரதங்களின் இழப்பு சோதனை ரீதியாகக் கண்டறியப்பட்டுள்ளது.
இருப்பினும், E. cuniculi ரைபோசோமில் eL38, eL41 மற்றும் eS30 மட்டுமே உண்மையில் இழக்கப்படுகின்றன என்பதை எங்கள் கட்டமைப்புகள் காட்டுகின்றன. eL14 புரதம் பாதுகாக்கப்பட்டிருந்தது, மேலும் இந்த புரதத்தை ஏன் ஒத்த தன்மை தேடலில் கண்டுபிடிக்க முடியவில்லை என்பதை எங்கள் கட்டமைப்பு காட்டியது (படம் 7). E. cuniculi ரைபோசோம்களில், rRNA-ஆல் பெருக்கப்பட்ட ES39L சிதைவடைவதால், eL14 பிணைப்பு தளத்தின் பெரும்பகுதி இழக்கப்படுகிறது. ES39L இல்லாத நிலையில், eL14 அதன் இரண்டாம் நிலை கட்டமைப்பின் பெரும்பகுதியை இழந்தது, மேலும் E. cuniculi மற்றும் S. cerevisiae-வில் eL14 வரிசைமுறையின் 18% மட்டுமே ஒரே மாதிரியாக இருந்தது. இந்த மோசமான வரிசைமுறைப் பாதுகாப்பு குறிப்பிடத்தக்கது, ஏனெனில் 1.5 பில்லியன் ஆண்டுகள் இடைவெளியில் பரிணமித்த உயிரினங்களான Saccharomyces cerevisiae மற்றும் Homo sapiens கூட eL14-இல் 51%-க்கும் அதிகமான ஒரே மாதிரியான எச்சங்களைப் பகிர்ந்து கொள்கின்றன. பாதுகாப்பின் இந்த முரண்பாடான இழப்பு, E. cuniculi eL14 தற்போது eL1427 ரைபோசோமல் புரதமாக அல்லாமல், உத்தேசிக்கப்பட்ட M970_061160 புரதமாகக் குறிக்கப்படுவதற்குக் காரணம் என்ன என்பதை விளக்குகிறது.
மேலும், மைக்ரோஸ்போரிடியா ரைபோசோம் ES39L rRNA நீட்டிப்பை இழந்தது, இது eL14 ரைபோசோமல் புரதப் பிணைப்புத் தளத்தை ஓரளவு நீக்கியது. ES39L இல்லாத நிலையில், eL14 மைக்ரோஸ்போர் புரதம் அதன் இரண்டாம் நிலை அமைப்பை இழக்கிறது, இதில் முந்தைய rRNA-பிணைப்பு α-சுருள் ஒரு குறைந்தபட்ச நீள வளையமாகச் சிதைவடைகிறது. b பல வரிசை சீரமைப்பு, eL14 புரதம் யூகேரியோடிக் இனங்களில் மிகவும் பாதுகாக்கப்பட்டிருப்பதையும் (ஈஸ்ட் மற்றும் மனித ஹோமோலாகுகளுக்கு இடையே 57% வரிசை ஒற்றுமை), ஆனால் மைக்ரோஸ்போரிடியாவில் மோசமாகப் பாதுகாக்கப்பட்டு வேறுபட்டிருப்பதையும் காட்டுகிறது (இதில் 24% க்கும் குறைவான எச்சங்களே eL14 ஹோமோலாக்குடன் ஒத்திருக்கின்றன). (S. cerevisiae அல்லது H. sapiens-லிருந்து). இந்த மோசமான வரிசைப் பாதுகாப்பு மற்றும் இரண்டாம் நிலை அமைப்பு மாறுபாடு ஆகியவை, eL14 ஹோமோலாக் ஏன் E. cuniculi-யில் ஒருபோதும் காணப்படவில்லை என்பதையும், இந்தப் புரதம் ஏன் E. cuniculi-யில் இழக்கப்பட்டதாகக் கருதப்படுகிறது என்பதையும் விளக்குகின்றன. இதற்கு மாறாக, E. cuniculi eL14 முன்னர் ஒரு சாத்தியமான M970_061160 புரதமாகக் குறிக்கப்பட்டது. இந்த அவதானிப்பு, மைக்ரோஸ்போரிடியா மரபணுத்தொகுதியின் பன்முகத்தன்மை தற்போது மிகையாக மதிப்பிடப்பட்டுள்ளது என்பதைச் சுட்டிக்காட்டுகிறது: மைக்ரோஸ்போரிடியாவில் தற்போது அழிந்துவிட்டதாகக் கருதப்படும் சில மரபணுக்கள், மிகவும் வேறுபட்ட வடிவங்களில் இருந்தாலும், உண்மையில் பாதுகாக்கப்பட்டுள்ளன; மாறாக, சில மரபணுக்கள் புழுக்களுக்கே உரிய புரதங்களுக்கான மைக்ரோஸ்போரிடியா மரபணுக்களைக் குறியிடுவதாகக் கருதப்படுகின்றன (எ.கா., கருதுகோள் புரதமான M970_061160), ஆனால் உண்மையில் அது மற்ற யூகேரியோட்டுகளில் காணப்படும் மிகவும் மாறுபட்ட புரதங்களைக் குறியிடுகிறது.
இந்தக் கண்டுபிடிப்பு, rRNA இயல்புமாற்றம் அருகருகே உள்ள ரைபோசோமால் புரதங்களில் வரிசைப் பாதுகாப்பில் ஒரு பெரும் இழப்பிற்கு வழிவகுத்து, அந்தப் புரதங்களை ஒத்த தன்மை தேடல்களுக்குக் கண்டறிய முடியாததாக ஆக்கிவிடுகிறது என்பதைச் சுட்டிக்காட்டுகிறது. இதனால், சிறிய மரபணுத்தொகுதி உயிரினங்களில் மூலக்கூறு சிதைவின் உண்மையான அளவை நாம் மிகைமதிப்பிடக்கூடும்; ஏனெனில், இழக்கப்பட்டுவிட்டதாகக் கருதப்படும் சில புரதங்கள், மிகவும் மாற்றியமைக்கப்பட்ட வடிவங்களில் இருந்தாலும், உண்மையில் நிலைத்திருக்கின்றன.
மரபணுத்தொகுதியின் அளவு மிக அதிகமாகக் குறையும் சூழ்நிலைகளில், ஒட்டுண்ணிகளால் தங்களின் மூலக்கூறு இயந்திரங்களின் செயல்பாட்டை எவ்வாறு தக்கவைத்துக் கொள்ள முடிகிறது? மிகச்சிறிய யூக்கரியோடிக் மரபணுத்தொகுதிகளில் ஒன்றைக் கொண்ட உயிரினமான ஈ. குனிகுலியின் சிக்கலான மூலக்கூறு அமைப்பை (ரைபோசோம்) விவரிப்பதன் மூலம், எங்கள் ஆய்வு இந்தக் கேள்விக்கு பதிலளிக்கிறது.
நுண்ணுயிர் ஒட்டுண்ணிகளில் உள்ள புரதம் மற்றும் ஆர்.என்.ஏ மூலக்கூறுகள், சுதந்திரமாக வாழும் உயிரினங்களில் உள்ள அவற்றின் ஒத்த மூலக்கூறுகளிலிருந்து பெரும்பாலும் வேறுபடுகின்றன என்பது கிட்டத்தட்ட இரண்டு தசாப்தங்களாக அறியப்பட்ட ஒரு விஷயமாகும். ஏனெனில், அவற்றில் தரக்கட்டுப்பாட்டு மையங்கள் இல்லை, சுதந்திரமாக வாழும் நுண்ணுயிரிகளில் உள்ள அவற்றின் அளவில் 50% ஆகக் குறைந்துள்ளன, மேலும் மடிப்பு மற்றும் செயல்பாட்டைப் பாதிக்கும் பல பலவீனப்படுத்தும் மரபணு மாற்றங்களையும் கொண்டுள்ளன. உதாரணமாக, பல செல்-உள்ளக ஒட்டுண்ணிகள் மற்றும் அகவாழ்விகள் உட்பட, சிறிய மரபணுத்தொகுதி கொண்ட உயிரினங்களின் ரைபோசோம்களில், சுதந்திரமாக வாழும் உயிரினங்களுடன் ஒப்பிடும்போது பல ரைபோசோமால் புரதங்களும், மூன்றில் ஒரு பங்கு ஆர்.ஆர்.என்.ஏ நியூக்ளியோடைடுகளும் குறைவாக இருக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது 27, 29, 30, 49. இருப்பினும், ஒட்டுண்ணிகளில் இந்த மூலக்கூறுகள் செயல்படும் விதம் பெரும்பாலும் ஒரு மர்மமாகவே உள்ளது, இது முக்கியமாக ஒப்பீட்டு மரபணுவியல் மூலம் ஆய்வு செய்யப்படுகிறது.
செல்-உள்ளக ஒட்டுண்ணிகள் மற்றும் பிற ஓம்புயிரி-வரையறுக்கப்பட்ட உயிரினங்களின் பாரம்பரிய ஒப்பீட்டு மரபணுவியல் ஆய்வுகளிலிருந்து பிரித்தெடுப்பது கடினமான பரிணாமத்தின் பல அம்சங்களை, பெருமூலக்கூறுகளின் அமைப்பு வெளிப்படுத்த முடியும் என்பதை எங்கள் ஆய்வு காட்டுகிறது (துணைப் படம் 7). உதாரணமாக, eL14 புரதத்தின் எடுத்துக்காட்டு, ஒட்டுண்ணி இனங்களில் உள்ள மூலக்கூறு அமைப்பின் உண்மையான சிதைவின் அளவை நாம் மிகைமதிப்பிட முடியும் என்பதைக் காட்டுகிறது. மூளை அழற்சி ஒட்டுண்ணிகள் நூற்றுக்கணக்கான மைக்ரோஸ்போரிடியா-குறிப்பிட்ட மரபணுக்களைக் கொண்டிருப்பதாக இப்போது நம்பப்படுகிறது. இருப்பினும், வெளிப்படையாக குறிப்பிட்டதாகத் தோன்றும் இந்த மரபணுக்களில் சில, உண்மையில் மற்ற யூகேரியோட்டுகளில் பொதுவாகக் காணப்படும் மரபணுக்களின் மிகவும் மாறுபட்ட வகைகள் மட்டுமே என்பதை எங்கள் முடிவுகள் காட்டுகின்றன. மேலும், msL2 புரதத்தின் எடுத்துக்காட்டு, புதிய ரைபோசோமால் புரதங்களை நாம் எவ்வாறு கவனிக்கத் தவறுகிறோம் மற்றும் ஒட்டுண்ணி மூலக்கூறு இயந்திரங்களின் உள்ளடக்கத்தை எவ்வாறு குறைத்து மதிப்பிடுகிறோம் என்பதைக் காட்டுகிறது. சிறிய மூலக்கூறுகளின் எடுத்துக்காட்டு, ஒட்டுண்ணி மூலக்கூறு கட்டமைப்புகளில் உள்ள மிகவும் புத்திசாலித்தனமான கண்டுபிடிப்புகளை நாம் எவ்வாறு கவனிக்கத் தவறுகிறோம் என்பதைக் காட்டுகிறது, அவை அவற்றுக்கு புதிய உயிரியல் செயல்பாட்டை வழங்க முடியும்.
ஒட்டுமொத்தமாக, இந்த முடிவுகள், ஓம்புயிரியைச் சார்ந்து வாழும் உயிரினங்களின் மூலக்கூறு கட்டமைப்புகளுக்கும், சுதந்திரமாக வாழும் உயிரினங்களின் மூலக்கூறு கட்டமைப்புகளுக்கும் இடையிலான வேறுபாடுகள் குறித்த நமது புரிதலை மேம்படுத்துகின்றன. நீண்ட காலமாகச் சுருங்கியவை, சிதைந்தவை, மற்றும் பலவீனப்படுத்தும் பல்வேறு சடுதி மாற்றங்களுக்கு உள்ளாகக்கூடியவை என்று கருதப்பட்ட மூலக்கூறு இயந்திரங்கள், அதற்கு மாறாக, முறையாகக் கவனிக்கப்படாத அசாதாரணமான கட்டமைப்பு அம்சங்களின் தொகுப்பைக் கொண்டுள்ளன என்பதை நாங்கள் காட்டுகிறோம்.
மறுபுறம், ஈ. குனிகுலியின் ரைபோசோம்களில் நாங்கள் கண்டறிந்த பருமனற்ற ஆர்.ஆர்.என்.ஏ துண்டுகளும் இணைந்த துண்டுகளும், கிட்டத்தட்ட 3.5 பில்லியன் ஆண்டுகளாக உயிரினங்களின் தனித்த பரிணாம வளர்ச்சிக்குப் பிறகும், உயிரினங்களின் மூன்று களங்களிலும் பாதுகாக்கப்பட்டுள்ள அடிப்படை மூலக்கூறு அமைப்பின் பகுதிகளைக் கூட மரபணுத்தொகுதி சுருக்கத்தால் மாற்ற முடியும் என்று சுட்டிக்காட்டுகின்றன.
எண்டோசிம்பயாடிக் பாக்டீரியாக்களில் உள்ள ஆர்.என்.ஏ மூலக்கூறுகள் குறித்த முந்தைய ஆய்வுகளின் வெளிச்சத்தில், ஈ. குனிகுலி ரைபோசோம்களில் உள்ள வீக்கமற்ற மற்றும் இணைந்த ஆர்.ஆர்.என்.ஏ துண்டுகள் குறிப்பாக ஆர்வத்தைத் தூண்டுகின்றன. உதாரணமாக, அஃபிட் எண்டோசிம்பயான்ட்டான புக்னெரா அஃபிடிகோலாவில், A+T கலவை சார்பு மற்றும் அதிக விகிதத்தில் உள்ள மரபுசாரா கார இணைகள் காரணமாக, ஆர்.ஆர்.என்.ஏ மற்றும் டி.ஆர்.என்.ஏ மூலக்கூறுகள் வெப்பநிலை-உணர்திறன் கட்டமைப்புகளைக் கொண்டிருப்பதாகக் காட்டப்பட்டுள்ளது²⁰,⁵⁰. ஆர்.என்.ஏ-வில் ஏற்படும் இந்த மாற்றங்களும், புரத மூலக்கூறுகளில் ஏற்படும் மாற்றங்களும், எண்டோசிம்பயான்ட்கள் தங்கள் கூட்டாளிகளை அதிகமாகச் சார்ந்திருப்பதற்கும், வெப்பத்தைக் கடத்த இயலாமைக்கும் காரணமாக இருப்பதாக இப்போது கருதப்படுகிறது²¹,²³. ஒட்டுண்ணி மைக்ரோஸ்போரிடியா ஆர்.ஆர்.என்.ஏ கட்டமைப்பு ரீதியாக வேறுபட்ட மாற்றங்களைக் கொண்டிருந்தாலும், இந்த மாற்றங்களின் தன்மை, குறைக்கப்பட்ட மரபணுத்தொகுதிகளைக் கொண்ட உயிரினங்களில் உள்ள ஆர்.என்.ஏ மூலக்கூறுகளின் பொதுவான அம்சங்களாக, குறைந்த வெப்ப நிலைத்தன்மை மற்றும் சேப்பரோன் புரதங்களை அதிகமாகச் சார்ந்திருத்தல் ஆகியவை இருக்கலாம் என்று பரிந்துரைக்கிறது.
மறுபுறம், ஒட்டுண்ணி மைக்ரோஸ்போரிடியாக்கள், பரவலாகப் பாதுகாக்கப்படும் ஆர்.ஆர்.என்.ஏ (rRNA) மற்றும் புரதத் துண்டுகளை எதிர்க்கும் ஒரு தனித்துவமான திறனைப் பெற்றுள்ளன என்பதை நமது கட்டமைப்புகள் காட்டுகின்றன. சிதைந்த ஆர்.ஆர்.என்.ஏ மற்றும் புரதத் துண்டுகளின் கட்டமைப்புப் போலிகளாக, ஏராளமாகவும் எளிதில் கிடைக்கக்கூடிய சிறிய வளர்சிதை மாற்றப் பொருட்களைப் பயன்படுத்தும் திறனை அவை வளர்த்துள்ளன. மூலக்கூறு கட்டமைப்புச் சிதைவு. ஈ. குனிகுலியின் (E. cuniculi) ஆர்.ஆர்.என்.ஏ மற்றும் ரைபோசோம்களில் ஏற்படும் புரதத் துண்டுகளின் இழப்பை ஈடுசெய்யும் சிறிய மூலக்கூறுகள், uL15 மற்றும் eL30 புரதங்களில் உள்ள மைக்ரோஸ்போரிடியா-குறிப்பிட்ட எச்சங்களுடன் பிணைவதே இந்தக் கருத்தை ஆதரிக்கிறது. இது, ரைபோசோம்களுடன் சிறிய மூலக்கூறுகள் பிணைவது ஒரு நேர்மறைத் தேர்வின் விளைவாக இருக்கலாம் என்று பரிந்துரைக்கிறது. இதில், ரைபோசோமல் புரதங்களில் உள்ள மைக்ரோஸ்போரிடியா-குறிப்பிட்ட சடுதி மாற்றங்கள், சிறிய மூலக்கூறுகளுக்கான ரைபோசோம்களின் ஈர்ப்பை அதிகரிக்கும் திறனுக்காகத் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்டுள்ளன. இது மிகவும் திறமையான ரைபோசோமல் உயிரினங்களுக்கு வழிவகுக்கக்கூடும். இந்தக் கண்டுபிடிப்பு, நுண்ணுயிர் ஒட்டுண்ணிகளின் மூலக்கூறு கட்டமைப்பில் ஒரு புத்திசாலித்தனமான புதுமையை வெளிப்படுத்துகிறது. மேலும், ஒடுக்கப் பரிணாமம் இருந்தபோதிலும் ஒட்டுண்ணி மூலக்கூறு கட்டமைப்புகள் எவ்வாறு தங்கள் செயல்பாட்டைத் தக்கவைத்துக் கொள்கின்றன என்பதைப் பற்றிய சிறந்த புரிதலை நமக்கு அளிக்கிறது.
தற்போது, ​​இந்தச் சிறிய மூலக்கூறுகளை அடையாளம் காண்பது இன்னும் தெளிவாக இல்லை. மைக்ரோஸ்போரிடியா சிற்றினங்களுக்கு இடையில் ரைபோசோமால் அமைப்பில் இந்தச் சிறிய மூலக்கூறுகளின் தோற்றம் ஏன் வேறுபடுகிறது என்பதும் தெளிவாக இல்லை. குறிப்பாக, V. necatrix-இன் eL20 மற்றும் K172 புரதங்களில் F170 எச்சம் இருந்தபோதிலும், E. cuniculi மற்றும் P. locustae-இன் ரைபோசோம்களில் நியூக்ளியோடைடு பிணைப்பு காணப்பட்டு, V. necatrix-இன் ரைபோசோம்களில் ஏன் காணப்படுவதில்லை என்பதும் தெளிவாக இல்லை. இந்த நீக்கம், நியூக்ளியோடைடு பிணைப்புப் பைக்கு அருகில் அமைந்துள்ள 43 uL6 எச்சத்தால் ஏற்பட்டிருக்கலாம்; இது V. necatrix-இல் டைரோசினாகவும், E. cuniculi மற்றும் P. locustae-இல் த்ரியோனினாகவும் இல்லை. Tyr43-இன் பருமனான அரோமேட்டிக் பக்கச் சங்கிலி, ஸ்டெரிக் மேற்பொருந்தல் காரணமாக நியூக்ளியோடைடு பிணைப்பில் குறுக்கிடக்கூடும். மாற்றாக, கிரையோ-EM படமெடுத்தலின் குறைந்த தெளிவுத்திறன் காரணமாகவும் இந்தத் தெளிவான நியூக்ளியோடைடு நீக்கம் ஏற்பட்டிருக்கலாம்; இது V. necatrix ரைபோசோமால் துண்டுகளை மாதிரியாக்குவதைத் தடுக்கிறது.
மறுபுறம், மரபணுத்தொகுதி சிதைவு செயல்முறையானது ஒரு புத்தாக்க சக்தியாக இருக்கலாம் என்று எங்கள் ஆய்வு சுட்டிக்காட்டுகிறது. குறிப்பாக, E. cuniculi ரைபோசோமின் அமைப்பானது, மைக்ரோஸ்போரிடியா ரைபோசோமில் rRNA மற்றும் புரதத் துண்டுகளின் இழப்பு, ரைபோசோம் அமைப்பில் மாற்றங்களை ஊக்குவிக்கும் ஒரு பரிணாம அழுத்தத்தை உருவாக்குகிறது என்பதைக் காட்டுகிறது. இந்த மாறுபாடுகள் ரைபோசோமின் செயல் தளத்திலிருந்து வெகு தொலைவில் ஏற்படுகின்றன, மேலும் rRNA குறைவதால் சீர்குலையக்கூடிய உகந்த ரைபோசோம் உருவாக்கத்தைப் பராமரிக்க (அல்லது மீட்டெடுக்க) உதவுவதாகத் தெரிகிறது. இது, மைக்ரோஸ்போரிடியா ரைபோசோமின் ஒரு முக்கியப் புத்தாக்கமானது, மரபணு நகர்வைத் தணிக்கும் ஒரு தேவையாகப் பரிணமித்துள்ளது என்பதைக் குறிக்கிறது.
ஒருவேளை, இதுவரை மற்ற உயிரினங்களில் காணப்படாத நியூக்ளியோடைடு பிணைப்பின் மூலம் இதை மிகச் சிறப்பாக விளக்கலாம். வழக்கமான மைக்ரோஸ்போரிடியாவில் நியூக்ளியோடைடு-பிணைப்பு எச்சங்கள் இருப்பதும், ஆனால் மற்ற யூகேரியோட்டுகளில் அவை இல்லாததும், நியூக்ளியோடைடு-பிணைப்பு தளங்கள் வெறுமனே மறைந்து போகக் காத்திருக்கும் எச்சங்கள் அல்ல என்பதையும், அல்லது ஆர்.ஆர்.என்.ஏ தனிப்பட்ட நியூக்ளியோடைடுகளின் வடிவத்திற்கு மீட்டெடுக்கப்படும் இறுதித் தளம் அல்ல என்பதையும் சுட்டிக்காட்டுகிறது. மாறாக, இந்தத் தளம் பல சுற்று நேர்மறைத் தேர்வுகளின் மூலம் பரிணாம வளர்ச்சி அடைந்திருக்கக்கூடிய ஒரு பயனுள்ள அம்சமாகத் தெரிகிறது. நியூக்ளியோடைடு பிணைப்பு தளங்கள் இயற்கை தேர்வின் ஒரு துணை விளைவாக இருக்கலாம்: ES39L சிதைக்கப்பட்டவுடன், ES39L இல்லாத நிலையில் உகந்த ரைபோசோம் உயிரியக்கவியலை மீட்டெடுக்க மைக்ரோஸ்போரிடியா ஈடுசெய்யும் வழிகளைத் தேட வேண்டிய கட்டாயத்திற்கு உள்ளாகின்றன. இந்த நியூக்ளியோடைடு, ES39L-இல் உள்ள A3186 நியூக்ளியோடைடின் மூலக்கூறு தொடர்புகளைப் பிரதிபலிக்க முடிவதால், இந்த நியூக்ளியோடைடு மூலக்கூறு ரைபோசோமின் ஒரு கட்டுமானப் பொருளாக மாறுகிறது, மேலும் eL30 வரிசையின் சடுதிமாற்றத்தால் அதன் பிணைப்பு மேலும் மேம்படுத்தப்படுகிறது.
செல்களுக்குள் வாழும் ஒட்டுண்ணிகளின் மூலக்கூறு பரிணாமத்தைப் பொறுத்தவரை, டார்வினிய இயற்கை தேர்வு மற்றும் மரபணுத்தொகுதி சிதைவின் மரபணு நகர்வு ஆகிய சக்திகள் இணையாகச் செயல்படுவதில்லை, மாறாக அலைவுறுகின்றன என்பதை எங்கள் ஆய்வு காட்டுகிறது. முதலில், மரபணு நகர்வு உயிர்மூலக்கூறுகளின் முக்கிய அம்சங்களை நீக்கிவிடுகிறது, இதனால் ஈடுசெய்வது மிகவும் அவசியமாகிறது. ஒட்டுண்ணிகள் டார்வினிய இயற்கை தேர்வு மூலம் இந்தத் தேவையைப் பூர்த்தி செய்யும்போது மட்டுமே, அவற்றின் பெருமூலக்கூறுகள் தங்களின் மிகவும் ஈர்க்கக்கூடிய மற்றும் புதுமையான பண்புகளை வளர்த்துக்கொள்ள ஒரு வாய்ப்பைப் பெறும். முக்கியமாக, E. cuniculi ரைபோசோமில் உள்ள நியூக்ளியோடைடு பிணைப்பு தளங்களின் பரிணாமம், மூலக்கூறு பரிணாமத்தின் இந்த இழப்பிலிருந்து ஆதாயம் பெறும் முறை, தீங்கு விளைவிக்கும் சடுதி மாற்றங்களை ஈடுசெய்வது மட்டுமல்லாமல், சில சமயங்களில் ஒட்டுண்ணிப் பெருமூலக்கூறுகளுக்கு முற்றிலும் புதிய செயல்பாடுகளையும் வழங்குகிறது என்பதைக் காட்டுகிறது.
இந்தக் கருத்து, செவெல் ரைட்டின் நகரும் சமநிலைக் கோட்பாட்டுடன் ஒத்துப்போகிறது. அக்கோட்பாட்டின்படி, இயற்கை தேர்வின் ஒரு கண்டிப்பான அமைப்பு, உயிரினங்களின் புதுமை படைக்கும் திறனைக் கட்டுப்படுத்துகிறது51,52,53. இருப்பினும், மரபணு நகர்வு இயற்கை தேர்வைச் சீர்குலைத்தால், இந்த நகர்வுகள் தாமாகவே தகவமைக்கும் (அல்லது தீங்கு விளைவிக்கும்) மாற்றங்களை உருவாக்காமல், உயர் தகுதி அல்லது புதிய உயிரியல் செயல்பாட்டை வழங்கும் மேலும் பல மாற்றங்களுக்கு வழிவகுக்கும். ஒரு உயிர்மூலக்கூறின் மடிப்பு மற்றும் செயல்பாட்டைக் குறைக்கும் அதே வகையான சடுதிமாற்றமே அதன் மேம்பாட்டிற்கான முக்கிய தூண்டுதலாகத் தோன்றுகிறது என்பதை விளக்குவதன் மூலம், நமது கட்டமைப்பு இந்தக் கருத்தை ஆதரிக்கிறது. வெற்றி-வெற்றி பரிணாம மாதிரியுடன் இணக்கமாக, பாரம்பரியமாக ஒரு சீரழிக்கும் செயல்முறையாகக் கருதப்படும் மரபணுத்தொகுதி சிதைவு, புதுமைக்கான ஒரு முக்கிய உந்துசக்தியாகவும் உள்ளது என்பதை நமது ஆய்வு காட்டுகிறது. இது சில நேரங்களில், ஒருவேளை அடிக்கடி கூட, பெருமூலக்கூறுகள் புதிய ஒட்டுண்ணி செயல்பாடுகளைப் பெற அனுமதிக்கிறது. அவற்றைப் பயன்படுத்த முடியும்.