Ташаккур барои боздид аз Nature.com. Версияи браузере, ки шумо истифода мебаред, дастгирии маҳдуди CSS дорад. Барои беҳтарин таҷриба, мо тавсия медиҳем, ки шумо браузери навшударо истифода баред (ё режими мутобиқатро дар Internet Explorer ғайрифаъол кунед). Дар айни замон, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript намоиш медиҳем.
Таҳаввулоти паразитҳои микробӣ таъсири мутақобиларо байни интихоби табиӣ, ки боиси беҳтар шудани паразитҳо мегардад ва дрейфи генетикӣ, ки боиси аз даст додани генҳо ва ҷамъ кардани мутатсияҳои зараровар мегардад, дар бар мегирад. Дар ин ҷо, барои фаҳмидани он, ки чӣ гуна ин таъсири мутақобил дар миқёси як макромолекула рух медиҳад, мо сохтори крио-ЭМ-и рибосомаи Encephalitozoon cuniculi, як организми эукариотӣ бо яке аз хурдтарин геномҳо дар табиатро тавсиф мекунем. Редрассияи шадиди рРНК дар рибосомаҳои E. cuniculi бо тағйироти бесобиқаи сохторӣ, ба монанди эволютсияи пайвандкунандагони рРНК-и омехташудаи қаблан номаълум ва рРНК бе барҷастагӣ ҳамроҳ мешавад. Илова бар ин, рибосомаи E. cuniculi бо инкишоф додани қобилияти истифодаи молекулаҳои хурд ҳамчун тақлидҳои сохтории пораҳо ва сафедаҳои рРНК-и вайроншуда, аз талафоти пораҳо ва сафедаҳои рРНК наҷот ёфт. Умуман, мо нишон медиҳем, ки сохторҳои молекулавӣ, ки муддати тӯлонӣ коҳишёфта, вайроншуда ва ба мутатсияҳои заиф дучоршуда ҳисобида мешуданд, як қатор механизмҳои ҷубронӣ доранд, ки онҳоро сарфи назар аз ихтисоршавии шадиди молекулавӣ фаъол нигоҳ медоранд.
Азбаски аксари гурӯҳҳои паразитҳои микробӣ воситаҳои беназири молекулавӣ барои истифода аз мизбонҳои худ доранд, мо аксар вақт маҷбур мешавем, ки барои гурӯҳҳои гуногуни паразитҳо терапевтҳои гуногунро таҳия кунем1,2. Аммо, далелҳои нав нишон медиҳанд, ки баъзе ҷанбаҳои эволютсияи паразитҳо ҳамгиро ва асосан пешгӯишавандаанд, ки заминаи эҳтимолиро барои дахолатҳои васеи терапевтӣ дар паразитҳои микробӣ нишон медиҳанд3,4,5,6,7,8,9.
Корҳои қаблӣ як тамоюли умумии эволютсиониро дар паразитҳои микробӣ муайян кардаанд, ки коҳиши геном ё вайроншавии геном номида мешавад10,11,12,13. Тадқиқоти ҷорӣ нишон медиҳанд, ки вақте ки микроорганизмҳо аз тарзи зиндагии озоди худ даст мекашанд ва ба паразитҳои дохилиҳуҷайравӣ (ё эндосимбионтҳо) табдил меёбанд, геномҳои онҳо дар тӯли миллионҳо сол метаморфозаҳои суст, вале аҷибро аз сар мегузаронанд9,11. Дар раванде, ки бо номи вайроншавии геном маълум аст, паразитҳои микробӣ мутатсияҳои зарароварро ҷамъ мекунанд, ки бисёре аз генҳои қаблан муҳимро ба псевдогенҳо табдил медиҳанд, ки боиси талафоти тадриҷии генҳо ва фурӯпошии мутатсия14,15 мегардад. Ин фурӯпошӣ метавонад то 95% генҳоро дар қадимтарин организмҳои дохилиҳуҷайравӣ дар муқоиса бо намудҳои зиндаи наздики озод нобуд кунад. Ҳамин тариқ, эволютсияи паразитҳои дохилиҳуҷайравӣ як муборизаи байни ду қувваи муқобил аст: интихоби табиии дарвинӣ, ки боиси беҳтар шудани паразитҳо мегардад ва фурӯпошии геном, ки паразитҳоро ба фаромӯшӣ меандозад. Чӣ гуна паразит тавонист аз ин мубориза берун ояд ва фаъолияти сохтори молекулавии худро нигоҳ дорад, номаълум боқӣ мемонад.
Гарчанде ки механизми вайроншавии геном пурра фаҳмида нашудааст, ба назар мерасад, ки он асосан аз сабаби дрейфи зуд-зуди генетикӣ ба амал меояд. Азбаски паразитҳо дар популятсияҳои хурд, ғайриҷинсӣ ва аз ҷиҳати генетикӣ маҳдуд зиндагӣ мекунанд, онҳо наметавонанд мутатсияҳои зараровареро, ки баъзан ҳангоми репликатсияи ДНК ба вуҷуд меоянд, самаранок бартараф кунанд. Ин боиси ҷамъшавии бебозгашти мутатсияҳои зараровар ва коҳиши геноми паразит мегардад. Дар натиҷа, паразит на танҳо генҳоеро аз даст медиҳад, ки дигар барои зинда мондани он дар муҳити дохилиҳуҷайравӣ зарур нестанд. Нотавонии популятсияҳои паразит барои бартараф кардани мутатсияҳои зараровари спорадикӣ боиси ҷамъ шудани ин мутатсияҳо дар тамоми геном, аз ҷумла генҳои муҳимтарини онҳо, мегардад.
Қисми зиёди фаҳмиши кунунии мо дар бораи коҳиши геном танҳо ба муқоисаи пайдарпайии геном асос ёфтааст ва ба тағйирот дар молекулаҳои воқеӣ, ки вазифаҳои нигоҳубини хонаро иҷро мекунанд ва ҳамчун ҳадафҳои эҳтимолии доруворӣ хизмат мекунанд, камтар таваҷҷӯҳ зоҳир карда мешавад. Таҳқиқоти муқоисавӣ нишон доданд, ки бори мутатсияҳои микробҳои дохилиҳуҷайравӣ ба назар чунин мерасад, ки сафедаҳо ва кислотаҳои нуклеинро ба нодуруст печидан ва муттаҳид шудан майл мекунад, ки онҳоро бештар аз шаперон вобаста ва ба гармӣ ҳассос мегардонад19,20,21,22,23. Илова бар ин, паразитҳои гуногун - эволютсияи мустақил, ки баъзан бо 2,5 миллиард сол ҷудо мешаванд - дар синтези сафедаҳо5,6 ва механизмҳои таъмири ДНК24 талафоти шабеҳи марказҳои назорати сифатро аз сар гузаронидаанд. Бо вуҷуди ин, дар бораи таъсири тарзи ҳаёти дохилиҳуҷайравӣ ба ҳама хосиятҳои дигари макромолекулаҳои ҳуҷайра, аз ҷумла мутобиқшавии молекулавӣ ба бори афзояндаи мутатсияҳои зараровар, кам маълумот мавҷуд аст.
Дар ин кор, барои беҳтар фаҳмидани эволютсияи сафедаҳо ва кислотаҳои нуклеинии микроорганизмҳои дохилиҳуҷайравӣ, мо сохтори рибосомаҳои паразити дохилиҳуҷайравии Encephalitozoon cuniculi-ро муайян кардем. E. cuniculi як организми занбӯруғмонанд аст, ки ба гурӯҳи микроспорияҳои паразитӣ тааллуқ дорад, ки геномҳои эукариотии ғайриоддӣ хурд доранд ва аз ин рӯ, ҳамчун организмҳои намунавӣ барои омӯзиши вайроншавии геном истифода мешаванд25,26,27,28,29,30. Ба наздикӣ, сохтори крио-ЭМ рибосома барои геномҳои мӯътадили коҳишёфтаи Microsporidia, Paranosema locustae ва Vairimorpha necatrix31,32 (геноми ~3.2 Mb) муайян карда шуд. Ин сохторҳо нишон медиҳанд, ки баъзе аз талафоти амплификацияи рРНК бо рушди алоқаҳои нав байни сафедаҳои рибосомавии ҳамсоя ё ба даст овардани сафедаҳои нави msL131,32 рибосомавӣ ҷуброн карда мешавад. Намудҳои энцефалитозой (геном ~2,5 миллион bp), дар баробари хеши наздиктарини худ Ordospora, дараҷаи ниҳоии коҳиши геномро дар эукариотҳо нишон медиҳанд - онҳо камтар аз 2000 гени рамзгузори сафеда доранд ва интизор меравад, ки рибосомаҳои онҳо на танҳо аз пораҳои васеъшавии rRNA (пораҳои rRNA, ки рибосомаҳои эукариотиро аз рибосомаҳои бактериявӣ фарқ мекунанд) маҳруманд, балки инчунин чор сафедаи рибосомӣ доранд, зеро онҳо дар геноми E. cuniculi гомолог надоранд26,27,28. Аз ин рӯ, мо ба хулосае омадем, ки рибосомаи E. cuniculi метавонад стратегияҳои қаблан номаълумро барои мутобиқшавии молекулавӣ ба вайроншавии геном ошкор кунад.
Сохтори крио-ЭМ-и мо хурдтарин рибосомаи ситоплазмии эукариотикиро, ки бояд тавсиф карда шавад, ифода мекунад ва фаҳмиши онро медиҳад, ки чӣ гуна дараҷаи ниҳоии коҳиши геном ба сохтор, ҷамъшавӣ ва эволютсияи механизми молекулавӣ, ки ҷузъи ҷудонашавандаи ҳуҷайра аст, таъсир мерасонад. Мо муайян кардем, ки рибосомаи E. cuniculi бисёре аз принсипҳои васеъ ҳифзшудаи ҷамъшавии РНК ва ҷамъшавии рибосомаро вайрон мекунад ва як сафедаи нави рибосомавии қаблан номаълумро кашф кардем. Мо хеле ғайричашмдошт нишон медиҳем, ки рибосомаҳои микроспоридия қобилияти пайваст кардани молекулаҳои хурдро таҳаввул додаанд ва фарзия мекунем, ки буришҳо дар рРНК ва сафедаҳо навовариҳои эволютсиониро ба вуҷуд меоранд, ки дар ниҳоят метавонанд ба рибосома сифатҳои муфид диҳанд.
Барои беҳтар кардани фаҳмиши мо дар бораи эволютсияи сафедаҳо ва кислотаҳои нуклеинӣ дар организмҳои дохилиҳуҷайравӣ, мо қарор додем, ки спораҳои E. cuniculi-ро аз фарҳангҳои ҳуҷайраҳои ширхӯрони сироятшуда ҷудо кунем, то рибосомаҳои онҳоро тоза кунем ва сохтори ин рибосомаҳоро муайян кунем. Гирифтани шумораи зиёди микроспорияҳои паразитӣ душвор аст, зеро микроспорияҳоро дар муҳити ғизоӣ парвариш кардан мумкин нест. Ба ҷои ин, онҳо танҳо дар дохили ҳуҷайраи мизбон мерӯянд ва афзоиш меёбанд. Аз ин рӯ, барои ба даст овардани биомассаи E. cuniculi барои тоза кардани рибосома, мо хати ҳуҷайраҳои гурдаи ширхӯронро бо спораҳои E. cuniculi сироят кардем ва ин ҳуҷайраҳои сироятшударо барои чанд ҳафта парвариш кардем, то E. cuniculi афзоиш ёбад ва афзоиш ёбад. Бо истифода аз як қабати ҳуҷайраҳои сироятёфта бо масоҳати тақрибан ним метри мураббаъ, мо тавонистем тақрибан 300 мг спораҳои Microsporidia-ро тоза кунем ва онҳоро барои ҷудо кардани рибосомаҳо истифода барем. Сипас, мо спораҳои тозашударо бо муҳраҳои шишагӣ вайрон кардем ва рибосомаҳои хомро бо истифода аз фраксияи зина ба зинаи полиэтиленгликоли лизатҳо ҷудо кардем. Ин ба мо имкон дод, ки тақрибан 300 мкг рибосомаҳои хоми E. cuniculi-ро барои таҳлили сохторӣ ба даст орем.
Сипас, мо тасвирҳои крио-ЭМ-ро бо истифода аз намунаҳои рибосомаҳои ҳосилшуда ҷамъоварӣ кардем ва ин тасвирҳоро бо истифода аз ниқобҳое, ки ба зерқисмати калони рибосомӣ, сари зерқисмати хурд ва зерқисмати хурд мувофиқанд, коркард кардем. Дар ин раванд, мо тасвирҳои тақрибан 108,000 зарраҳои рибосомӣ ва тасвирҳои крио-ЭМ-ро бо қарори 2.7 Å ҷамъоварӣ кардем (Расмҳои иловагӣ 1-3). Сипас, мо тасвирҳои криоЭМ-ро барои моделсозии rRNA, сафедаи рибосомӣ ва омили зимистонгузаронӣ Mdf1, ки бо рибосомаҳои E. cuniculi алоқаманданд, истифода бурдем (Расми 1a, b).
a Сохтори рибосомаи E. cuniculi дар маҷмӯъ бо омили хоби Mdf1 (pdb id 7QEP). b Харитаи омили хоби Mdf1, ки бо рибосомаи E. cuniculi алоқаманд аст. c Харитаи сохтори дуюмдараҷа, ки rRNA-и барқароршударо дар намудҳои микроспоридӣ бо сохторҳои маълуми рибосомӣ муқоиса мекунад. Панелҳо макони пораҳои rRNA-и тақвиятёфта (ES) ва марказҳои фаъоли рибосомаро, аз ҷумла макони декодкунӣ (DC), ҳалқаи сарсинисин (SRL) ва маркази пептидилтрансфераза (PTC) нишон медиҳанд. d Зичии электрон, ки ба маркази пептидилтрансферазаи рибосомаи E. cuniculi мувофиқат мекунад, нишон медиҳад, ки ин макони каталитикӣ дар паразити E. cuniculi ва соҳибони он, аз ҷумла H. sapiens, ҳамон сохторро дорад. e, f Зичии электронии мувофиқи маркази рамзкушоӣ (e) ва сохтори схематикии маркази рамзкушоӣ (f) нишон медиҳанд, ки E. cuniculi дар бисёр эукариотҳои дигар ба ҷои A1491 (рақамгузории E. coli) боқимондаҳои U1491 дорад. Ин тағйирот нишон медиҳад, ки E. cuniculi метавонад ба антибиотикҳое, ки ин маркази фаъолро ҳадаф қарор медиҳанд, ҳассос бошад.
Бар хилофи сохторҳои қаблан муқарраршудаи рибосомаҳои V. necatrix ва P. locustae (ҳарду сохтор як оилаи Nosematidae-и микроспоридияро ифода мекунанд ва ба якдигар хеле монанданд), 31,32 рибосомаҳои E. cuniculi равандҳои сершумори rRNA ва фрагментатсияи сафедаҳоро аз сар мегузаронанд. Денатуратсияи минбаъда (Расмҳои иловагӣ 4-6). Дар rRNA, тағйироти аз ҳама назаррас аз даст додани пурраи порчаи 25S rRNA ES12L-и амплификацияшуда ва дегенератсияи қисман спиралҳои h39, h41 ва H18-ро дар бар мегирифтанд (Расми 1c, Расми иловагӣ 4). Дар байни сафедаҳои рибосомӣ, тағйироти аз ҳама назаррас аз даст додани пурраи сафедаи eS30 ва кӯтоҳ шудани сафедаҳои eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17 ва eS7-ро дар бар мегирифтанд (Расмҳои иловагӣ 4, 5).
Ҳамин тариқ, коҳиши шадиди геномҳои намудҳои Encephalotozoon/Ordospora дар сохтори рибосомаҳои онҳо инъикос ёфтааст: рибосомаҳои E. cuniculi дар рибосомаҳои ситоплазмии эукариотӣ, ки ба тавсифи сохторӣ дучор мешаванд, аз талафоти назарраси миқдори сафеда азият мекашанд ва онҳо ҳатто он пораҳои рРНК ва сафедаеро надоранд, ки на танҳо дар эукариотҳо, балки дар се соҳаи ҳаёт низ ба таври васеъ нигоҳ дошта мешаванд. Сохтори рибосомаи E. cuniculi аввалин модели молекулавии ин тағйиротро фароҳам меорад ва рӯйдодҳои эволютсионӣ, ки ҳам аз ҷониби геномикаи муқоисавӣ ва ҳам аз ҷониби таҳқиқоти сохтори биомолекулавии дохилиҳуҷайравӣ нодида гирифта шудаанд, ошкор мекунад (Расми иловагӣ 7). Дар зер, мо ҳар яки ин рӯйдодҳоро дар баробари пайдоиши эҳтимолии эволютсионӣ ва таъсири эҳтимолии онҳо ба фаъолияти рибосома тавсиф мекунем.
Сипас мо муайян кардем, ки илова бар буридани рРНК-и калон, рибосомаҳои E. cuniculi дар яке аз маконҳои фаъоли худ тағйироти рРНК доранд. Гарчанде ки маркази пептидилтрансферазаи рибосомаи E. cuniculi сохтори якхела бо дигар рибосомаҳои эукариотӣ дорад (Расми 1d), маркази декодкунӣ аз сабаби тағирёбии пайдарпайӣ дар нуклеотиди 1491 (рақамгузории E. coli, Расми 1e, f) фарқ мекунад. Ин мушоҳида муҳим аст, зеро макони декодкунии рибосомаҳои эукариотӣ одатан боқимондаҳои G1408 ва A1491-ро дар муқоиса бо боқимондаҳои навъи бактериявӣ A1408 ва G1491 дар бар мегирад. Ин тағйирот ҳассосияти гуногуни рибосомаҳои бактериявӣ ва эукариотӣ ба оилаи аминогликозидҳои антибиотикҳои рибосомӣ ва дигар молекулаҳои хурде, ки макони декодкуниро ҳадаф қарор медиҳанд, асос ёфтааст. Дар макони декодкунии рибосомаи E. cuniculi, боқимондаи A1491 бо U1491 иваз карда шуд, ки эҳтимолан интерфейси беназири пайвастшавӣ барои молекулаҳои хурдеро, ки ин макони фаъолро ҳадаф қарор медиҳанд, эҷод мекунад. Ҳамон варианти A14901 дар дигар микроспорияҳо, ба монанди P. loctake ва V. necatrix, низ мавҷуд аст, ки нишон медиҳад, ки он дар байни намудҳои микроспорияҳо васеъ паҳн шудааст (Расми 1f).
Азбаски намунаҳои рибосомаи E. cuniculi-и мо аз спораҳои ғайрифаъоли метаболикӣ ҷудо карда шуда буданд, мо харитаи крио-ЭМ-и E. cuniculi-ро барои пайвастшавии қаблан тавсифшудаи рибосома дар шароити стресс ё гуруснагӣ санҷидаем. Омилҳои хоби зимистон 31,32,36,37, 38. Мо сохтори қаблан муқарраршудаи рибосомаи хоби зимистонро бо харитаи крио-ЭМ-и рибосомаи E. cuniculi муқоиса кардем. Барои пайвастшавӣ, рибосомаҳои S. cerevisiae дар маҷмӯъ бо омили хоби зимистон Stm138, рибосомаҳои малах дар маҷмӯъ бо омили Lso232 ва рибосомаҳои V. necatrix дар маҷмӯъ бо омилҳои Mdf1 ва Mdf231 истифода шуданд. Дар айни замон, мо зичии крио-ЭМ-ро пайдо кардем, ки ба омили оромии Mdf1 мувофиқат мекунад. Мисли пайвастшавии Mdf1 ба рибосомаи V. necatrix, Mdf1 инчунин ба рибосомаи E. cuniculi пайваст мешавад, ки дар он ҷо он сайти E-и рибосомаро масдуд мекунад ва эҳтимолан барои дастрас шудани рибосомаҳо ҳангоми ғайрифаъол шудани спораҳои паразитӣ аз ҷиҳати метаболикӣ пас аз ғайрифаъол шудани бадан мусоидат мекунад (Расми 2).
Mdf1 сайти E-и рибосомаро масдуд мекунад, ки ба назар чунин мерасад, ки ҳангоми ғайрифаъол шудани спораҳои паразитӣ аз ҷиҳати метаболикӣ ба ғайрифаъол шудани рибосома мусоидат мекунад. Дар сохтори рибосомаи E. cuniculi, мо муайян кардем, ки Mdf1 бо пояи рибосомаи L1, ки қисми рибосома аст, тамоси қаблан номаълумро ташкил медиҳад, ки ҳангоми синтези сафеда ҳангоми ҷудошавии тРНК-и деасилатсияшуда аз рибосомаро осон мекунад. Ин тамосҳо нишон медиҳанд, ки Mdf1 аз рибосома бо истифода аз ҳамон механизме, ки тРНК-и деацетилшуда дорад, ҷудо мешавад ва шарҳи имконпазирро барои он, ки чӣ гуна рибосома Mdf1-ро барои аз нав фаъол кардани синтези сафеда хориҷ мекунад, фароҳам меорад.
Аммо, сохтори мо тамоси номаълумеро байни Mdf1 ва пои рибосомаи L1 (қисми рибосома, ки ба раҳо кардани тРНК-и деасилатсияшуда аз рибосома ҳангоми синтези сафеда мусоидат мекунад) ошкор кард. Аз ҷумла, Mdf1 ҳамон тамосҳоро истифода мебарад, ки сегменти оринҷи молекулаи тРНК-и деасилатсияшуда дорад (Расми 2). Ин моделсозии молекулавии қаблан номаълум нишон дод, ки Mdf1 аз рибосома бо истифода аз ҳамон механизме, ки тРНК-и деацетилатсияшуда дорад, ҷудо мешавад, ки ин шарҳ медиҳад, ки чӣ гуна рибосома ин омили зимистонгузарониро барои аз нав фаъол кардани синтези сафеда хориҷ мекунад.
Ҳангоми сохтани модели rRNA, мо муайян кардем, ки рибосомаи E. cuniculi пораҳои rRNA-и ғайримуқаррарӣ печонидашуда дорад, ки мо онҳоро rRNA-и омехташуда номидем (Расми 3). Дар рибосомаҳое, ки се соҳаи ҳаётро фаро мегиранд, rRNA ба сохторҳое печонида мешавад, ки дар онҳо аксари rRNA ё ҷуфти асос ва ҳам бо ҳамдигар печонида мешаванд ё бо сафедаҳои рибосомӣ ҳамкорӣ мекунанд38,39,40. Аммо, дар рибосомаҳои E. cuniculi, ба назар мерасад, ки rRNA-ҳо ин принсипи печониданро бо табдил додани баъзе аз спиралҳои худ ба минтақаҳои кушоданашудаи rRNA вайрон мекунанд.
Сохтори спирали rRNA-и H18 25S дар S. cerevisiae, V. necatrix ва E. cuniculi. Одатан, дар рибосомаҳое, ки се домени ҳаётро фаро мегиранд, ин пайвандкунанда ба спирали РНК печида мешавад, ки аз 24 то 34 боқимонда дорад. Дар Микроспоридия, баръакс, ин пайвандкунандаи rRNA тадриҷан ба ду пайвандкунандаи якқабатаи бой аз уридин, ки танҳо 12 боқимонда доранд, кам мешавад. Аксари ин боқимондаҳо дар зери таъсири ҳалкунандаҳо қарор мегиранд. Расм нишон медиҳад, ки микроспоридияҳои паразитӣ принсипҳои умумии печидани rRNA-ро вайрон мекунанд, ки дар он пойгоҳҳои rRNA одатан бо пойгоҳҳои дигар пайваст мешаванд ё дар таъсири мутақобилаи rRNA-сафеда иштирок мекунанд. Дар микроспоридияҳо, баъзе порчаҳои rRNA печиши номусоид мегиранд, ки дар он спирали rRNA-и собиқ ба порчаи якқабатаи дарозшуда табдил меёбад, ки қариб дар хати рост дароз шудааст. Мавҷудияти ин минтақаҳои ғайриоддӣ ба rRNA-и микроспоридия имкон медиҳад, ки порчаҳои дурдасти rRNA-ро бо истифода аз шумораи ками пойгоҳҳои РНК пайваст кунад.
Намунаи барҷастатарини ин гузариши эволютсионӣ дар спирали rRNA H18 25S мушоҳида мешавад (Расми 3). Дар намудҳо аз E. coli то одамон, асосҳои ин спирали rRNA 24-32 нуклеотид доранд, ки спирали каме номунтазамро ташкил медиҳанд. Дар сохторҳои рибосомавии қаблан муайяншуда аз V. necatrix ва P. locustae,31,32 асосҳои спирали H18 қисман кушода шудаанд, аммо ҷуфтшавии асоси нуклеотидҳо нигоҳ дошта мешавад. Аммо, дар E. cuniculi ин порчаи rRNA кӯтоҳтарин пайвандкунандаҳо мегардад 228UUUGU232 ва 301UUUUUUUUU307. Бар хилофи порчаҳои маъмулии rRNA, ин пайвандкунандаҳои бой аз уридин печида намешаванд ё бо сафедаҳои рибосомавӣ тамоси васеъ надоранд. Ба ҷои ин, онҳо сохторҳои кушода ва пурра кушодашударо қабул мекунанд, ки дар онҳо риштаҳои rRNA қариб рост дароз карда шудаанд. Ин конформатсияи кашидашуда мефаҳмонад, ки чӣ тавр E. cuniculi барои пур кардани фосилаи 33 Å байни спиралҳои rRNA H16 ва H18 танҳо 12 пойгоҳи РНК истифода мебарад, дар ҳоле ки дигар намудҳо барои пур кардани фосила ҳадди аққал ду баробар зиёдтар пойгоҳҳои rRNA талаб мекунанд.
Ҳамин тариқ, мо метавонем нишон диҳем, ки тавассути печиши аз ҷиҳати энергетикӣ номусоид, микроспоридияҳои паразитӣ стратегияеро таҳия кардаанд, ки ҳатто он сегментҳои rRNA-ро, ки дар се соҳаи ҳаёт ба таври васеъ нигоҳ дошта мешаванд, маҳдуд кунанд. Аён аст, ки бо ҷамъ кардани мутатсияҳое, ки спиралҳои rRNA-ро ба пайвандкунандагони кӯтоҳи поли-U табдил медиҳанд, E. cuniculi метавонад пораҳои ғайриоддии rRNA-ро ташкил диҳад, ки дорои ҳарчи камтар нуклеотидҳо барои лигатсияи пораҳои дисталии rRNA мебошанд. Ин ба шарҳ додани он кӯмак мекунад, ки чӣ гуна микроспоридияҳо ба коҳиши назарраси сохтори асосии молекулавии худ бе аз даст додани якпорчагии сохторӣ ва функсионалии худ ноил шудаанд.
Хусусияти дигари ғайриоддии rRNA-и E. cuniculi пайдоиши rRNA бе ғафсшавӣ аст (Расми 4). Барҷастагиҳо нуклеотидҳои бе ҷуфтҳои асосӣ мебошанд, ки ба ҷои пинҳон шудан дар спирали РНК аз он берун мепечанд. Аксари барҷастагиҳои rRNA ҳамчун часпандаҳои молекулавӣ амал мекунанд ва ба пайваст кардани сафедаҳои рибосомалӣ ё дигар пораҳои rRNA мусоидат мекунанд. Баъзе аз барҷастагиҳо ҳамчун ҳалқаҳо амал мекунанд, ки ба спирали rRNA имкон медиҳанд, ки барои синтези самараноки сафеда ба таври оптималӣ хам шавад ва печонида шавад 41.
a Баромади рРНК (рақамгузории S. cerevisiae) дар сохтори рибосомаи E. cuniculi мавҷуд нест, аммо дар аксари эукариотҳои дигар мавҷуд аст: E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens ва рибосомаҳои дохилии E. cuniculi. Паразитҳо бисёре аз барҷастагиҳои қадимии хеле ҳифзшудаи рРНК-ро надоранд. Ин ғафсшавӣ сохтори рибосомаро устувор мекунад; аз ин рӯ, набудани онҳо дар микроспоридияҳо нишон медиҳад, ки устувории пасти печидани рРНК дар паразитҳои микроспоридия вуҷуд дорад. Муқоиса бо пояҳои P (пояҳои L7/L12 дар бактерияҳо) нишон медиҳад, ки гум шудани барҷастагиҳои рРНК баъзан бо пайдоиши барҷастагиҳои нав дар паҳлӯи барҷастагиҳои гумшуда рост меояд. Спирали H42 дар рРНК-и 23S/28S дорои барҷастагии қадимӣ (U1206 дар Saccharomyces cerevisiae) мебошад, ки аз сабаби муҳофизати он дар се соҳаи ҳаёт ҳадди аққал 3,5 миллиард сол тахмин зада мешавад. Дар микроспоридияҳо ин барҷастагӣ бартараф карда мешавад. Аммо, дар паҳлӯи барги гумшуда (A1306 дар E. cuniculi) барги нав пайдо шуд.
Аҷибаш он аст, ки мо муайян кардем, ки рибосомаҳои E. cuniculi аксари варамҳои rRNA-ро, ки дар дигар намудҳо мавҷуданд, аз ҷумла зиёда аз 30 варамҳоеро, ки дар эукариотҳои дигар нигоҳ дошта шудаанд, надоранд (Расми 4a). Ин талафот бисёр тамосҳоро байни зерқисматҳои рибосомӣ ва спиралҳои ҳамшафати rRNA аз байн мебарад ва баъзан дар дохили рибосомаҳо холӣҳои калони холӣ эҷод мекунад ва рибосомаи E. cuniculi-ро дар муқоиса бо рибосомаҳои анъанавӣ сӯрохдортар мегардонад (Расми 4b). Қобили зикр аст, ки мо муайян кардем, ки аксари ин варамҳо инчунин дар сохторҳои рибосомаи қаблан муайяншудаи V. necatrix ва P. locquistae гум шудаанд, ки таҳлилҳои сохтории қаблӣ онҳоро нодида гирифта буданд31,32.
Баъзан аз даст додани варамҳои рРНК бо пайдоиши варамҳои нав дар паҳлӯи варами гумшуда ҳамроҳ мешавад. Масалан, пояи P-и рибосомавӣ варами U1208-ро (дар Saccharomyces cerevisiae) дар бар мегирад, ки аз E. coli то ба одамон боқӣ мондааст ва аз ин рӯ, тақрибан 3,5 миллиард сол дорад. Ҳангоми синтези сафеда, ин варам ба пояи P кӯмак мекунад, ки байни конформатсияҳои кушода ва пӯшида ҳаракат кунад, то ки рибосома омилҳои тарҷумаро ҷалб кунад ва онҳоро ба маркази фаъол расонад. Дар рибосомаҳои E. cuniculi, ин ғафсшавӣ вуҷуд надорад; аммо, ғафсшавии нав (G883), ки танҳо дар се ҷуфт асос ҷойгир аст, метавонад ба барқароршавии чандирии оптималии пояи P мусоидат кунад (Расми 4c).
Маълумоти мо дар бораи rRNA бе барҷастагиҳо нишон медиҳанд, ки кам кардани rRNA на танҳо бо аз даст додани унсурҳои rRNA дар сатҳи рибосома маҳдуд мешавад, балки метавонад ядрои рибосомаро низ дар бар гирад, ки нуқсони молекулавии хоси паразитро ба вуҷуд меорад, ки дар ҳуҷайраҳои озодзинда тавсиф нашудааст. Намудҳои зинда мушоҳида мешаванд.
Пас аз моделсозии сафедаҳои рибосомӣ ва rRNA-и канонӣ, мо муайян кардем, ки ҷузъҳои анъанавии рибосомӣ наметавонанд се қисми тасвири крио-ЭМ-ро шарҳ диҳанд. Дутои ин порчаҳо аз ҷиҳати андоза молекулаҳои хурд мебошанд (Расми 5, Расми иловагӣ 8). Қисмати аввал дар байни сафедаҳои рибосомӣ uL15 ва eL18 дар мавқеъе ҷойгир аст, ки одатан онро C-терминали eL18 ишғол мекунад, ки дар E. cuniculi кӯтоҳ карда шудааст. Гарчанде ки мо наметавонем шахсияти ин молекуларо муайян кунем, андоза ва шакли ин ҷазираи зичӣ бо мавҷудияти молекулаҳои спермидин хуб шарҳ дода мешавад. Пайвастагии он ба рибосома аз ҷониби мутатсияҳои хоси микроспоридия дар сафедаҳои uL15 (Asp51 ва Arg56) устувор карда мешавад, ки ба назар мерасад, ки наздикии рибосомаро барои ин молекулаи хурд зиёд мекунад, зеро онҳо ба uL15 имкон медиҳанд, ки молекулаи хурдро ба сохтори рибосомӣ печонад. Расми иловагӣ 2). 8, маълумоти иловагӣ 1, 2).
Тасвири крио-ЭМ, ки мавҷудияти нуклеотидҳоро дар беруни рибоза, ки ба рибосомаи E. cuniculi пайваст аст, нишон медиҳад. Дар рибосомаи E. cuniculi, ин нуклеотид дар аксари рибосомаҳои дигари эукариотӣ ҳамон ҷойро ишғол мекунад, ки нуклеотиди 25S rRNA A3186 (рақамгузории Saccharomyces cerevisiae) мебошад. b Дар сохтори рибосомаи E. cuniculi, ин нуклеотид дар байни сафедаҳои рибосомаи uL9 ва eL20 ҷойгир аст ва бо ин васила тамос байни ду сафедаро устувор мекунад. cd таҳлили нигоҳдории пайдарпайии eL20 дар байни намудҳои микроспоридия. Дарахти филогенетикии намудҳои Microsporidia (c) ва ҳамоҳангсозии пайдарпайии сершумори сафедаи eL20 (d) нишон медиҳад, ки боқимондаҳои пайвасткунандаи нуклеотидҳо F170 ва K172 дар аксари микроспоридияҳои маъмулӣ, ба истиснои S. lophii, ба истиснои Microsporidia шохабандии барвақт, ки васеъшавии rRNA-и ES39L-ро нигоҳ дошт, нигоҳ дошта мешаванд. e Ин расм нишон медиҳад, ки боқимондаҳои пайвастшавии нуклеотидӣ F170 ва K172 танҳо дар eL20 геноми микроспоридияи хеле коҳишёфта мавҷуданд, аммо дар дигар эукариотҳо не. Умуман, ин маълумотҳо нишон медиҳанд, ки рибосомаҳои микроспоридӣ як макони пайвастшавии нуклеотидро таҳия кардаанд, ки ба назар чунин мерасад, ки молекулаҳои AMP-ро пайваст мекунад ва онҳоро барои устувор кардани таъсири мутақобилаи сафеда-сафеда дар сохтори рибосомӣ истифода мебарад. Нигоҳдории баланди ин макони пайвастшавӣ дар Микроспоридӣ ва набудани он дар дигар эукариотҳо нишон медиҳад, ки ин макон метавонад барои Микроспоридӣ бартарии интихобии зинда монданро фароҳам орад. Ҳамин тариқ, ҷайби пайвастшавии нуклеотидӣ дар рибосомаи микроспоридӣ хусусияти дегенеративӣ ё шакли ниҳоии таҷзияи рРНК ба назар намерасад, чунон ки қаблан тавсиф шуда буд, балки як навоварии муфиди эволютсионӣ аст, ки ба рибосомаи микроспоридӣ имкон медиҳад, ки молекулаҳои хурдро мустақиман пайваст кунад ва онҳоро ҳамчун блокҳои сохтмонии молекулавӣ истифода барад. Ин кашфиёт рибосомаи микроспоридиро ягона рибосомае мегардонад, ки маълум аст, ки як нуклеотидро ҳамчун блоки сохтмонии худ истифода мебарад. f Роҳи эволютсионии гипотетикӣ, ки аз пайвастшавии нуклеотид ба даст омадааст.
Зичии дуюми молекулавии паст дар сатҳи байни сафедаҳои рибосомавии uL9 ва eL30 ҷойгир аст (Расми 5a). Ин сатҳи пайвастшавӣ қаблан дар сохтори рибосомаи Saccharomyces cerevisiae ҳамчун макони пайвастшавӣ барои нуклеотиди 25S-и rRNA A3186 (қисми васеъшавии rRNA ES39L)38 тавсиф шуда буд. Нишон дода шуд, ки дар рибосомаҳои ES39L-и дегенеративии P. locustae, ин сатҳи пайвастшавӣ ба як нуклеотиди номаълум 31 пайваст мешавад ва фарз карда мешавад, ки ин нуклеотид шакли ниҳоии коҳишёфтаи rRNA аст, ки дар он дарозии rRNA ~130-230 асос аст. ES39L ба як нуклеотиди ягона 32.43 коҳиш ёфтааст. Тасвирҳои крио-ЭМ-и мо ин идеяро дастгирӣ мекунанд, ки зичиро бо нуклеотидҳо шарҳ додан мумкин аст. Аммо, қарори баландтари сохтори мо нишон дод, ки ин нуклеотид як молекулаи экстрарибосомавӣ, эҳтимолан AMP аст (Расми 5a, b).
Сипас мо пурсидем, ки оё макони пайвастшавии нуклеотид дар рибосомаи E. cuniculi пайдо шудааст ё он қаблан вуҷуд дошт. Азбаски пайвастшавии нуклеотид асосан аз ҷониби боқимондаҳои Phe170 ва Lys172 дар сафедаи рибосомаи eL30 ба амал меояд, мо нигоҳдории ин боқимондаҳоро дар 4396 эукариоти намояндагӣ арзёбӣ кардем. Мисли ҳолати uL15 дар боло, мо муайян кардем, ки боқимондаҳои Phe170 ва Lys172 танҳо дар Microsporidia-и маъмулӣ хеле нигоҳдорӣ мешаванд, аммо дар дигар эукариотҳо, аз ҷумла Microsporidia-и атипикӣ Mitosporidium ва Amphiamblis, ки дар он порчаи ES39L rRNA кам нашудааст, вуҷуд надоранд 44, 45, 46 (Расми 5c). -e).
Дар маҷмӯъ, ин маълумотҳо ин ақидаро дастгирӣ мекунанд, ки E. cuniculi ва эҳтимолан дигар микроспоридияҳои канонӣ қобилияти ба таври муассир сабт кардани шумораи зиёди метаболитҳои хурдро дар сохтори рибосома барои ҷуброни коҳиши сатҳи рРНК ва сафеда таҳаввул додаанд. Дар ин кор, онҳо қобилияти беназири пайваст кардани нуклеотидҳоро берун аз рибосома таҳия кардаанд, ки нишон медиҳад, ки сохторҳои молекулавии паразитӣ бо сабт кардани метаболитҳои хурди фаровон ва истифодаи онҳо ҳамчун тақлидҳои сохтории пораҳои РНК ва сафедаҳои вайроншуда ҷуброн мекунанд.
Қисми сеюми ғайрисимулятсияи харитаи крио-ЭМ-и мо, ки дар зерқисмати калони рибосомӣ ёфт шудааст. Қарори нисбатан баланди харитаи мо (2.6 Å) нишон медиҳад, ки ин зичӣ ба сафедаҳо бо комбинатсияҳои беназири боқимондаҳои занҷири калони паҳлӯӣ тааллуқ дорад, ки ба мо имкон дод, ки ин зичиро ҳамчун сафедаи рибосомӣ, ки қаблан номаълум буд ва мо онро ҳамчун msL2 (протеини хоси Microsporidia L2) муайян кардем, муайян кунем (усулҳо, расми 6). Ҷустуҷӯи гомологияи мо нишон дод, ки msL2 дар кладаи Microsporidia аз ҷинси Encephaliter ва Orosporidium нигоҳ дошта мешавад, аммо дар дигар намудҳо, аз ҷумла дигар Microsporidia, вуҷуд надорад. Дар сохтори рибосомӣ, msL2 фосилаеро ишғол мекунад, ки дар натиҷаи аз даст додани rRNA-и васеъшудаи ES31L ба вуҷуд омадааст. Дар ин холӣ, msL2 ба устувор кардани печидани rRNA мусоидат мекунад ва метавонад аз даст додани ES31L-ро ҷуброн кунад (Расми 6).
a Зичии электрон ва модели сафедаи рибосомавии msL2, ки дар рибосомаҳои E. cuniculi ёфт шудааст. b Аксари рибосомаҳои эукариотӣ, аз ҷумла рибосомаи 80S-и Saccharomyces cerevisiae, дар аксари намудҳои Microsporidian амплификацияи rRNA ES19L гум шудаанд. Сохтори қаблан муқарраршудаи рибосомаи microsporidia V. necatrix нишон медиҳад, ки аз даст додани ES19L дар ин паразитҳо бо эволютсияи сафедаи нави рибосомавии msL1 ҷуброн карда мешавад. Дар ин таҳқиқот, мо муайян кардем, ки рибосомаи E. cuniculi инчунин як сафедаи тақлидкунандаи иловагии РНК-и рибосомаро ҳамчун ҷуброни зоҳирӣ барои аз даст додани ES19L таҳия кардааст. Аммо, msL2 (дар айни замон ҳамчун сафедаи фарзиявии ECU06_1135 қайд карда шудааст) ва msL1 пайдоиши сохторӣ ва эволютсионӣ доранд. c Ин кашфи тавлиди сафедаҳои рибосомавии msL1 ва msL2, ки ба таври эволютсионӣ алоқаманд нестанд, нишон медиҳад, ки агар рибосомаҳо мутатсияҳои зарароварро дар rRNA-и худ ҷамъ кунанд, онҳо метавонанд ҳатто дар як зермаҷмӯи хурди намудҳои ба ҳам наздик ба сатҳҳои бесобиқаи гуногунии таркибӣ ноил шаванд. Ин кашфиёт метавонад ба равшан кардани пайдоиш ва эволютсияи рибосомаи митохондрия, ки бо rRNA-и хеле коҳишёфта ва тағйирпазирии ғайримуқаррарии таркиби сафеда дар байни намудҳо маълум аст, мусоидат кунад.
Сипас, мо сафедаи msL2-ро бо сафедаи қаблан тавсифшудаи msL1, ягона сафедаи маълуми рибосомавии микроспоридия, ки дар рибосомаи V. necatrix ёфт шудааст, муқоиса кардем. Мо мехостем санҷем, ки оё msL1 ва msL2 аз ҷиҳати эволютсионӣ алоқаманданд ё не. Таҳлили мо нишон дод, ки msL1 ва msL2 дар сохтори рибосома як ковокиро ишғол мекунанд, аммо сохторҳои гуногуни ибтидоӣ ва сеюмдараҷа доранд, ки аз пайдоиши мустақили эволютсионии онҳо шаҳодат медиҳад (Расми 6). Ҳамин тариқ, кашфи мо дар бораи msL2 далелҳоеро пешниҳод мекунад, ки гурӯҳҳои намудҳои эукариотикии фишурда метавонанд сафедаҳои рибосомавии сохтории гуногунро мустақилона таҳаввул кунанд, то талафоти пораҳои рРНК-ро ҷуброн кунанд. Ин кашфиёт бо он фарқ мекунад, ки аксари рибосомаҳои эукариотикии ситоплазмавӣ дорои сафедаи инвариантӣ мебошанд, аз ҷумла ҳамон оилаи 81 сафедаи рибосомавӣ. Пайдоиши msL1 ва msL2 дар кладҳои гуногуни микроспоридияҳо дар посух ба аз даст додани сегментҳои васеъшудаи rRNA нишон медиҳад, ки вайроншавии меъмории молекулавии паразит боиси ҷустуҷӯи мутатсияҳои ҷубронӣ аз ҷониби паразитҳо мегардад, ки дар ниҳоят метавонад боиси пайдоиши онҳо дар сохторҳои гуногуни популятсияҳои паразит гардад.
Ниҳоят, вақте ки модели мо ба анҷом расид, мо таркиби рибосомаи E. cuniculi-ро бо он чизе, ки аз пайдарпайии геном пешгӯӣ шудааст, муқоиса кардем. Қаблан фикр мекарданд, ки якчанд сафедаҳои рибосомӣ, аз ҷумла eL14, eL38, eL41 ва eS30, аз сабаби набудани гомологҳои онҳо аз геноми E. cuniculi, аз геноми E. cuniculi гум шудаанд. Аз даст додани бисёр сафедаҳои рибосомӣ дар аксари дигар паразитҳо ва эндосимбионтҳои дохилиҳуҷайравии хеле камшуда низ пешгӯӣ мешавад. Масалан, гарчанде ки аксари бактерияҳои озодзинда як оилаи 54 сафедаи рибосомӣ доранд, танҳо 11 аз ин оилаҳои сафеда дар ҳар як геноми таҳлилшудаи бактерияҳои маҳдуди мизбон гомологҳои ошкоршаванда доранд. Барои дастгирии ин тасаввурот, аз даст додани сафедаҳои рибосомӣ дар V. necatrix ва P. locustae microsporidia, ки сафедаҳои eL38 ва eL4131,32 надоранд, ба таври таҷрибавӣ мушоҳида шудааст.
Аммо, сохторҳои мо нишон медиҳанд, ки дар рибосомаи E. cuniculi танҳо eL38, eL41 ва eS30 дар асл гум мешаванд. Сафедаи eL14 ҳифз карда шуд ва сохтори мо нишон дод, ки чаро ин сафеда дар ҷустуҷӯи гомология пайдо нашуд (Расми 7). Дар рибосомаҳои E. cuniculi, аксари макони пайвастшавии eL14 аз сабаби таназзули ES39L, ки бо rRNA тақвият ёфтааст, гум мешавад. Дар сурати набудани ES39L, eL14 аксари сохтори дуюмдараҷаи худро аз даст дод ва танҳо 18% пайдарпайии eL14 дар E. cuniculi ва S. cerevisiae якхела буд. Ин нигоҳдории сусти пайдарпайӣ аҷиб аст, зеро ҳатто Saccharomyces cerevisiae ва Homo sapiens - организмҳое, ки 1,5 миллиард сол фарқ доранд - зиёда аз 51% ҳамон боқимондаҳоро дар eL14 доранд. Ин талафоти ғайримуқаррарии нигоҳдорӣ шарҳ медиҳад, ки чаро E. cuniculi eL14 айни замон ҳамчун сафедаи эҳтимолии M970_061160 қайд карда мешавад, на ҳамчун сафедаи рибосомавии eL1427.
ва Рибосомаи Microsporidia тамдиди rRNA ES39L-ро аз даст дод, ки қисман макони пайвастшавии сафедаи рибосомавии eL14-ро аз байн бурд. Дар сурати набудани ES39L, сафедаи микроспораи eL14 сохтори дуюмдараҷаро аз даст медиҳад, ки дар он α-спирали собиқи rRNA, ки ба ҳалқаи дарозии минималӣ пайваст мешавад, вайрон мешавад. b Ҳамоҳангсозии пайдарпайии сершумор нишон медиҳад, ки сафедаи eL14 дар намудҳои эукариотӣ хеле ҳифз шудааст (57% ҳамонияти пайдарпайӣ байни хамиртуруш ва гомологҳои инсон), аммо дар микроспоридиҳо (ки дар он на бештар аз 24% боқимондаҳо бо гомологи eL14 якхелаанд) суст ҳифз шудааст ва дивергентӣ аст. аз S. cerevisiae ё H. sapiens). Ин нигоҳдории сусти пайдарпайӣ ва тағйирпазирии сохтори дуюмдараҷа шарҳ медиҳад, ки чаро гомологи eL14 ҳеҷ гоҳ дар E. cuniculi пайдо нашудааст ва чаро ин сафеда дар E. cuniculi гум шудааст, фикр мекунанд. Баръакс, E. cuniculi eL14 қаблан ҳамчун сафедаи эҳтимолии M970_061160 қайд карда шуда буд. Ин мушоҳида нишон медиҳад, ки гуногунии геноми микроспоридия айни замон аз ҳад зиёд баҳо дода мешавад: баъзе генҳое, ки айни замон дар микроспоридия гум шудаанд, дар асл нигоҳ дошта мешаванд, гарчанде ки дар шаклҳои хеле фарқкунанда; ба ҷои ин, фикр мекунанд, ки баъзеҳо генҳои микроспоридияро барои сафедаҳои мушаххаси кирмҳо рамзгузорӣ мекунанд (масалан, сафедаи фарзиявии M970_061160) дар асл сафедаҳои хеле гуногунро, ки дар дигар эукариотҳо мавҷуданд, рамзгузорӣ мекунанд.
Ин кашфиёт нишон медиҳад, ки денатуратсияи рРНК метавонад ба талафоти назарраси нигоҳдории пайдарпайӣ дар сафедаҳои рибосомавии ҳамшафат оварда расонад, ки ин сафедаҳоро барои ҷустуҷӯи гомология номумкин мегардонад. Ҳамин тариқ, мо метавонем дараҷаи воқеии таҷзияи молекулавиро дар организмҳои хурди геном аз ҳад зиёд арзёбӣ кунем, зеро баъзе сафедаҳое, ки гум шудаанд, дар асл боқӣ мемонанд, гарчанде ки дар шаклҳои хеле тағйирёфта.
Чӣ тавр паразитҳо метавонанд вазифаи мошинҳои молекулавии худро дар шароити коҳиши шадиди геном нигоҳ доранд? Таҳқиқоти мо ба ин савол бо тавсифи сохтори мураккаби молекулавӣ (рибосома)-и E. cuniculi, организме, ки яке аз хурдтарин геномҳои эукариотӣ дорад, ҷавоб медиҳад.
Қариб ду даҳсола маълум аст, ки молекулаҳои сафеда ва РНК дар паразитҳои микробӣ аксар вақт аз молекулаҳои гомологии худ дар намудҳои зинда фарқ мекунанд, зеро онҳо марказҳои назорати сифат надоранд, дар микробҳои зинда то 50% андозаи худ кам карда мешаванд ва ғайра... бисёр мутатсияҳои заифкунандае, ки печонидан ва фаъолиятро халалдор мекунанд. Масалан, интизор меравад, ки рибосомаҳои организмҳои хурди геном, аз ҷумла бисёр паразитҳои дохилиҳуҷайравӣ ва эндосимбионтҳо, дар муқоиса бо намудҳои зиндаи озод 27, 29, 30, 49, якчанд сафедаҳои рибосомӣ ва то сеяки нуклеотидҳои рРНК надошта бошанд. Аммо, тарзи фаъолияти ин молекулаҳо дар паразит асосан як сир боқӣ мемонад, ки асосан тавассути геномикаи муқоисавӣ омӯхта мешавад.
Таҳқиқоти мо нишон медиҳад, ки сохтори макромолекулаҳо метавонад бисёр ҷанбаҳои эволютсияро ошкор кунад, ки аз таҳқиқоти муқоисавии геномии анъанавии паразитҳои дохилиҳуҷайравӣ ва дигар организмҳои маҳдуди мизбон истихроҷ кардан душвор аст (Расми иловагӣ 7). Масалан, мисоли сафедаи eL14 нишон медиҳад, ки мо метавонем дараҷаи воқеии таназзули дастгоҳи молекулавиро дар намудҳои паразитӣ аз ҳад зиёд баҳо диҳем. Ҳоло бовар меравад, ки паразитҳои энцефалитӣ садҳо генҳои хоси микроспоридия доранд. Аммо, натиҷаҳои мо нишон медиҳанд, ки баъзе аз ин генҳои зоҳиран хос дар асл танҳо вариантҳои хеле гуногуни генҳо мебошанд, ки дар дигар эукариотҳо маъмуланд. Ғайр аз ин, мисоли сафедаи msL2 нишон медиҳад, ки чӣ гуна мо сафедаҳои нави рибосомаро нодида мегирем ва мундариҷаи мошинҳои молекулавии паразитиро нодида мегирем. Мисоли молекулаҳои хурд нишон медиҳад, ки чӣ гуна мо метавонем навовариҳои оқилонатаринро дар сохторҳои молекулавии паразитӣ, ки метавонанд ба онҳо фаъолияти нави биологӣ диҳанд, нодида гирем.
Дар маҷмӯъ, ин натиҷаҳо фаҳмиши моро дар бораи фарқиятҳои байни сохторҳои молекулавии организмҳои маҳдуди мизбон ва ҳамтоёни онҳо дар организмҳои озодзинда беҳтар мекунанд. Мо нишон медиҳем, ки мошинҳои молекулавӣ, ки муддати тӯлонӣ фикр мекарданд, ки коҳиш ёфта, таназзул ёфта ва ба мутатсияҳои гуногуни заифкунанда дучор мешаванд, ба ҷои ин, як қатор хусусиятҳои сохтории ғайриоддии ба таври систематикӣ нодида гирифташударо доранд.
Аз тарафи дигар, пораҳои ғайриҳаҷми рРНК ва пораҳои омехташуда, ки мо дар рибосомаҳои E. cuniculi ёфтем, нишон медиҳанд, ки коҳиши геном ҳатто он қисмҳои механизми асосии молекулавиро, ки дар се соҳаи ҳаёт нигоҳ дошта мешаванд, пас аз тақрибан 3,5 миллиард сол, эволютсияи мустақилонаи намудҳоро тағйир медиҳад.
Қисмҳои rRNA-и озод ва омехташуда дар рибосомаҳои E. cuniculi бо назардошти таҳқиқоти қаблии молекулаҳои РНК дар бактерияҳои эндосимбиотикӣ таваҷҷӯҳи хоса доранд. Масалан, дар эндосимбионти Buchnera aphidicola-и aphid, молекулаҳои rRNA ва tRNA сохторҳои ҳассос ба ҳарорат доранд, ки аз сабаби таассуби таркиби A+T ва таносуби баланди ҷуфтҳои асоси ғайриканонӣ20,50 мебошанд. Ин тағйирот дар РНК, инчунин тағйирот дар молекулаҳои сафеда, ҳоло фикр мекунанд, ки барои вобастагии аз ҳад зиёди эндосимбионтҳо аз шарикон ва нотавонии эндосимбионтҳо барои интиқоли гармӣ масъуланд21,23. Гарчанде ки rRNA-и микроспорияи паразитӣ тағйироти сохтории фарқкунанда дорад, хусусияти ин тағйирот нишон медиҳад, ки коҳиши устувории гармӣ ва вобастагии баландтар аз сафедаҳои шаперон метавонад хусусиятҳои умумии молекулаҳои РНК дар организмҳое бошанд, ки геномҳои кам доранд.
Аз тарафи дигар, сохторҳои мо нишон медиҳанд, ки микроспоридияҳои паразит қобилияти беназири муқовимат ба rRNA ва пораҳои сафедаи васеъ ҳифзшударо инкишоф додаанд ва қобилияти истифодаи метаболитҳои хурди фаровон ва дастрасро ҳамчун тақлидҳои сохтории rRNA ва пораҳои сафедаи дегенеративӣ инкишоф додаанд. Таназзули сохтори молекулавӣ. Ин ақида бо он далел тасдиқ карда мешавад, ки молекулаҳои хурде, ки талафоти пораҳои сафедаро дар rRNA ва рибосомаҳои E. cuniculi ҷуброн мекунанд, ба боқимондаҳои хоси микроспоридия дар сафедаҳои uL15 ва eL30 пайваст мешаванд. Ин нишон медиҳад, ки пайвастшавии молекулаҳои хурд ба рибосомаҳо метавонад маҳсули интихоби мусбат бошад, ки дар он мутатсияҳои хоси микроспоридия дар сафедаҳои рибосомӣ барои қобилияти онҳо барои баланд бардоштани наздикии рибосомаҳо барои молекулаҳои хурд интихоб шудаанд, ки метавонад ба организмҳои рибосомӣ самараноктар оварда расонад. Ин кашфиёт як навоварии оқилонаро дар сохтори молекулавии паразитҳои микробӣ ошкор мекунад ва ба мо фаҳмиши беҳтаре медиҳад, ки чӣ гуна сохторҳои молекулавии паразитҳо фаъолияти худро сарфи назар аз эволютсияи редуктивӣ нигоҳ медоранд.
Дар айни замон, муайян кардани ин молекулаҳои хурд норавшан боқӣ мемонад. Маълум нест, ки чаро намуди зоҳирии ин молекулаҳои хурд дар сохтори рибосомӣ байни намудҳои микроспоридия фарқ мекунад. Аз ҷумла, маълум нест, ки чаро пайвастагии нуклеотид дар рибосомаҳои E. cuniculi ва P. loccate мушоҳида мешавад ва дар рибосомаҳои V. necatrix не, сарфи назар аз мавҷудияти боқимондаи F170 дар сафедаҳои eL20 ва K172-и V. necatrix. Ин несткунӣ метавонад аз ҳисоби боқимондаи 43 uL6 (ки дар паҳлӯи ҷайби пайвастшавии нуклеотид ҷойгир аст) ба вуҷуд ояд, ки дар V. necatrix тирозин аст ва дар E. cuniculi ва P. loccate треонин нест. Занҷири паҳлӯии калонҳаҷми ароматикии Tyr43 метавонад ба пайвастагии нуклеотид аз сабаби ҳампӯшии стерикӣ халал расонад. Интихобан, несткунии намоёни нуклеотид метавонад аз сабаби паст будани қарори тасвири крио-ЭМ бошад, ки ба моделсозии пораҳои рибосомалии V. necatrix халал мерасонад.
Аз тарафи дигар, кори мо нишон медиҳад, ки раванди вайроншавии геном метавонад як қувваи эҷодӣ бошад. Аз ҷумла, сохтори рибосомаи E. cuniculi нишон медиҳад, ки аз даст додани rRNA ва пораҳои сафеда дар рибосомаи микроспоридия фишори эволютсиониро ба вуҷуд меорад, ки тағиротро дар сохтори рибосома мусоидат мекунад. Ин вариантҳо дур аз макони фаъоли рибосома рух медиҳанд ва ба назар чунин мерасад, ки ба нигоҳ доштани (ё барқарор кардани) маҷмӯи оптималии рибосома, ки дар акси ҳол аз ҷониби rRNA-и коҳишёфта халалдор мешуд, мусоидат мекунанд. Ин нишон медиҳад, ки ба назар чунин мерасад, ки як навоварии асосии рибосомаи микроспоридия ба ниёз ба буфер кардани дрейфи ген табдил ёфтааст.
Шояд инро бо пайванди нуклеотидӣ беҳтар нишон додан мумкин аст, ки то ҳол дар дигар организмҳо мушоҳида нашудааст. Он далел, ки боқимондаҳои пайванди нуклеотидӣ дар микроспоридияи маъмулӣ мавҷуданд, аммо дар дигар эукариотҳо не, нишон медиҳад, ки ҷойҳои пайванди нуклеотидӣ на танҳо боқимондаҳое мебошанд, ки интизори нопадид шудан ҳастанд, ё ҷои ниҳоии барқароршавии рРНК ба шакли нуклеотидҳои инфиродӣ. Ба ҷои ин, ин ҷой ба як хусусияти муфид монанд аст, ки метавонист дар тӯли якчанд даври интихоби мусбат таҳаввул ёбад. Ҷойҳои пайванди нуклеотидӣ метавонанд маҳсули иловагии интихоби табиӣ бошанд: вақте ки ES39L вайрон мешавад, микроспоридиҳо маҷбур мешаванд, ки барои барқарор кардани биогенези оптималии рибосома дар набудани ES39L ҷуброн талаб кунанд. Азбаски ин нуклеотид метавонад тамосҳои молекулавии нуклеотиди A3186-ро дар ES39L тақлид кунад, молекулаи нуклеотид ба блоки сохтмонии рибосома табдил меёбад, ки пайванди он бо мутатсияи пайдарпайии eL30 боз ҳам беҳтар мешавад.
Дар робита ба эволютсияи молекулавии паразитҳои дохилиҳуҷайравӣ, таҳқиқоти мо нишон медиҳад, ки қувваҳои интихоби табиии дарвинӣ ва дрифти генетикии вайроншавии геном ба таври мувозӣ амал намекунанд, балки ларзиш мекунанд. Аввалан, дрифти генетикӣ хусусиятҳои муҳими биомолекулаҳоро аз байн мебарад ва ҷубронро хеле зарур мегардонад. Танҳо вақте ки паразитҳо ин ниёзро тавассути интихоби табиии дарвинӣ қонеъ мекунанд, макромолекулаҳои онҳо имкони инкишоф додани хусусиятҳои таъсирбахштарин ва инноватсионии худро доранд. Муҳим он аст, ки эволютсияи мавзеъҳои пайвастшавии нуклеотидҳо дар рибосомаи E. cuniculi нишон медиҳад, ки ин намунаи эволютсияи молекулавӣ на танҳо мутатсияҳои зарароварро амортизатсия мекунад, балки баъзан ба макромолекулаҳои паразитӣ вазифаҳои комилан нав медиҳад.
Ин идея бо назарияи мувозинати ҳаракаткунандаи Сьюэлл Райт мувофиқ аст, ки мегӯяд, ки системаи қатъии интихоби табиӣ қобилияти организмҳоро барои навоварӣ маҳдуд мекунад51,52,53. Аммо, агар дрейфи генетикӣ интихоби табииро халалдор кунад, ин дрейфҳо метавонанд тағйиротеро ба вуҷуд оранд, ки худ мутобиқшаванда нестанд (ё ҳатто зарароваранд), балки ба тағйироти минбаъда оварда мерасонанд, ки фитнеси баландтар ё фаъолияти нави биологиро таъмин мекунанд. Чаҳорчӯбаи мо ин идеяро бо нишон додани он дастгирӣ мекунад, ки ҳамон навъи мутатсия, ки пӯшиш ва вазифаи биомолекуларо коҳиш медиҳад, ангезаи асосии такмили он ба назар мерасад. Мувофиқи модели эволютсионии бурднок, таҳқиқоти мо нишон медиҳад, ки пӯсидани геном, ки анъанавӣ ҳамчун раванди дегенеративӣ ҳисобида мешавад, инчунин омили асосии навоварӣ мебошад ва баъзан ва шояд ҳатто аксар вақт ба макромолекулаҳо имкон медиҳад, ки фаъолиятҳои нави паразитиро ба даст оранд. Онҳо метавонанд онҳоро истифода баранд.