Nature.com saýtyna gireniňiz üçin sag boluň. Ulanýan brauzeriňiziň wersiýasynda CSS goldawy çäkli. Iň gowy tejribe üçin täzelenen brauzer ulanmagyňyzy maslahat berýäris (ýa-da Internet Explorer-de Gatnaşyklyk Režimini öçüriň). Şol bir wagtyň özünde, yzygiderli goldawy üpjün etmek üçin saýty stillersiz we JavaScript-siz görkezeris.
Mikrob parazitleriniň ewolýusiýasy parazitleriň gowulaşmagyna sebäp bolýan tebigy seçme bilen parazitleriň genlerini ýitirmegine we zyýanly mutasiýalary toplamagyna sebäp bolýan genetiki sürüşiň arasyndaky garşylygy öz içine alýar. Bu ýerde, bu garşylygyň ýekeje makromolekula ölçeginde nähili bolýandygyny düşünmek üçin, tebigatdaky iň kiçi genomlaryň biri bolan eukaryotik organizm bolan Encephalitozoon cuniculi-niň ribosomasynyň krio-EM gurluşyny beýan edýäris. E. cuniculi ribosomalarynda rRNK-nyň aşa reduksiýasy öň belli bolmadyk birleşen rRNK baglanyşdyryjylarynyň we çişmeýän rRNK-nyň ewolýusiýasy ýaly öň görülmedik gurluş üýtgeşmeleri bilen birlikde bolýar. Mundan başga-da, E. cuniculi ribosomasy kiçi molekulalary dargadylan rRNK bölekleriniň we beloklarynyň gurluş imitasiýasy hökmünde ulanmak ukybyny ösdürmek arkaly rRNK bölekleriniň we beloklarynyň ýitgisinden aman galdy. Umuman, uzak wagtlap reduksiýa edilen, degenerasiýa edilen we ejizlediji mutasiýalara sezewar edilen diýlip hasaplanylýan molekulýar gurluşlaryň aşa molekulýar dargamalara garamazdan, olary işjeň saklaýan birnäçe kompensasiýa mehanizmleriniň bardygyny görkezýäris.
Mikrobial parazitleriň köp toparlarynyň öz eýelerini ulanmak üçin özboluşly molekulýar gurallary bolandygy sebäpli, biz köplenç parazitleriň dürli toparlary üçin dürli terapewtiki usullary işläp düzmeli bolýarys1,2. Şeýle-de bolsa, täze subutnamalar parazitleriň ewolýusiýasynyň käbir taraplarynyň konwergent we esasan öňünden çaklap bolýandygyny görkezýär, bu bolsa mikrobial parazitlerde giň terapewtiki aralaşmalar üçin mümkin bolan esasy görkezýär3,4,5,6,7,8,9.
Öňki işler mikrobial parazitlerde genomyň azalmagy ýa-da genomyň dargamagy diýlip atlandyrylýan umumy ewolýusiýa meýlini anyklady10,11,12,13. Häzirki barlaglar mikroorganizmleriň erkin ýaşaýan durmuşyndan ýüz öwürip, öýjük içi parazitlere (ýa-da endosimbiontlara) öwrülende, olaryň genomlarynyň millionlarça ýylyň dowamynda haýal, ýöne haýran galdyryjy metamorfozalara uçraýandygyny görkezýär9,11. Genomyň dargamagy diýlip atlandyrylýan prosesde mikrobial parazitler öň möhüm bolan köp genleri psewdogenlere öwürýän zyýanly mutasiýalary toplaýarlar, bu bolsa genleriň kem-kemden ýitmegine we mutasiýa çökmegine getirýär14,15. Bu çökme, ýakyn gatnaşykly erkin ýaşaýan görnüşlere garanyňda, iň gadymy öýjük içi organizmlerdäki genleriň 95% -ine çenli ýok edip biler. Şeýlelik bilen, öýjük içi parazitleriň ewolýusiýasy iki garşydaş güýjüň arasyndaky göreşdir: Darwiniň tebigy saýlamasy, parazitleriň gowulaşmagyna getirýär we genomyň dargamagy, parazitleri ýatdan çykarmaga getirýär. Parazitiň bu göreşden nädip çykyp, molekulýar gurluşynyň işjeňligini saklap galandygy belli däl.
Genomyň dargamagynyň mehanizmi doly düşünilmedik bolsa-da, ol esasan genetiki sürüşiň ýygy-ýygydan bolmagy sebäpli ýüze çykýan ýaly. Parazitler kiçi, jynssyz we genetiki taýdan çäkli populýasiýalarda ýaşaýandyklary üçin, käte DNK replikasiýasy wagtynda ýüze çykýan zyýanly mutasiýalary netijeli ýok edip bilmeýärler. Bu zyýanly mutasiýalaryň gaýtaryp bolmajak derejede toplanmagyna we parazit genomynyň azalmagyna getirýär. Netijede, parazit diňe bir öýjük içi gurşawda ýaşamagy üçin zerur bolmadyk genlerini ýitirmek bilen çäklenmän, eýsem parazit populýasiýalarynyň sporadik zyýanly mutasiýalary netijeli ýok edip bilmeýändigi bu mutasiýalaryň, şol sanda iň möhüm genleriniň genomda toplanmagyna sebäp bolýar.
Genomyň azaldylmagy baradaky häzirki düşünjämiziň köpüsi diňe genom yzygiderlikleriniň deňeşdirilmegine esaslanýar, öý hojalygyny ýerine ýetirýän we mümkin bolan derman nyşanalary hökmünde hyzmat edýän hakyky molekulalardaky üýtgeşmelere az üns berilýär. Deňeşdirme barlaglary zyýanly hüjre içi mikrob mutasiýalarynyň ýüküniň beloklaryň we nuklein kislotalarynyň nädogry bükülmegine we agregasiýasyna meýillidigini, olary şaperona has garaşly we ýylylyga has duýgur edýändigini görkezdi19,20,21,22,23. Mundan başga-da, dürli parazitler - käte 2,5 milliard ýyla çenli bölünen garaşsyz ewolýusiýa - belok sintezinde hil gözegçilik merkezleriniň meňzeş ýitgisini başdan geçirdi5,6 we DNK abatlaýyş mehanizmlerinde24. Şeýle-de bolsa, hüjre içi ýaşaýyş durmuşynyň hüjre makromolekulalarynyň ähli beýleki häsiýetlerine, şol sanda zyýanly mutasiýalaryň artýan ýüküne molekulýar uýgunlaşmaga täsiri barada az zat mälim.
Bu işde, öýjük içi mikroorganizmleriň beloklarynyň we nuklein kislotalarynyň ewolýusiýasyny has gowy düşünmek üçin, öýjük içi parazit Encephalitozoon cuniculi-niň ribosomalarynyň gurluşyny kesgitledik. E. cuniculi, adaty bolmadyk kiçi eukaryotik genomlary bolan we şonuň üçin genomyň dargamagyny öwrenmek üçin model organizmler hökmünde ulanylýan parazit mikrosporidiýalar toparyna degişli kömelek görnüşli organizmdir25,26,27,28,29,30. Ýakynda, Microsporidia, Paranosema locustae we Vairimorpha necatrix31,32 (~3.2 Mb genom) ortaça kiçeldilen genomlary üçin krio-EM ribosoma gurluşy kesgitlenildi. Bu gurluşlar rRNA-nyň güýçlendirilmeginiň käbir ýitgileriniň goňşy ribosomal beloklaryň arasynda täze gatnaşyklaryň ösmegi ýa-da täze msL131,32 ribosomal beloklaryň alynmagy bilen kompensasiýa edilýändigini görkezýär. Ensefalitozoid görnüşleri (genom ~2,5 million bp), iň ýakyn garyndaşy Ordospora bilen bilelikde, eukariotlarda genomyň azalmagynyň iň ýokary derejesini görkezýärler - olarda 2000-den az belok kodlaýjy gen bar we olaryň ribosomalarynda diňe bir rRNA giňelme bölekleriniň (eukariot ribosomalaryny bakteriýa ribosomalaryndan tapawutlandyrýan rRNA bölekleri) ýoklugy bilen çäklenmän, eýsem E. cuniculi genomynda gomologlaryň ýoklugy sebäpli dört ribosomal beloklaryň bolmagyna garaşylýar26,27,28. Şonuň üçin biz E. cuniculi ribosomasynyň genomyň dargamagyna molekulýar uýgunlaşmak üçin öň belli bolmadyk strategiýalary açyp biljekdigine netijä geldik.
Biziň krio-EM gurluşymyz häsiýetlendirilmeli iň kiçi eukaryotik sitoplazmatik ribosomany görkezýär we genomyň azalmagynyň iň ýokary derejesiniň öýjük üçin möhüm bolan molekulýar mehanizmiň gurluşyna, ýygnalmagyna we ewolýusiýasyna nähili täsir edýändigini düşündirýär. Biz E. cuniculi ribosomasynyň RNK-nyň gatlanmagynyň we ribosom ýygnalmagynyň giňden saklanan köp ýörelgelerini bozýandygyny anykladyk we öň belli bolmadyk täze ribosomal belogy tapdyk. Garaşylmadyk ýagdaýda, biz mikrosporidiýa ribosomalarynyň kiçi molekulalary birikdirmek ukybyny ösdürendigini görkezýäris we rRNK-da we beloklarda kesilmeleriň ribosoma peýdaly häsiýetleri berip biljek ewolýusiýa täzeliklerini döredýändigini çaklaýarys.
Hujaýra içi organizmlerdäki beloklaryň we nuklein kislotalarynyň ewolýusiýasyny düşünmegimizi gowulandyrmak üçin, ribosomalaryny arassalamak we bu ribosomalaryň gurluşyny kesgitlemek üçin, ýokançly süýdemdirijileriň öýjükleriniň medeniýetlerinden E. cuniculi sporalaryny bölüp almagy karar etdik. Mikrosporidiýany iýmitlendiriji gurşawda ösdürip ýetişdirip bolmaýandygy sebäpli, köp sanly parazit mikrosporidiýany almak kyn. Onuň ýerine, olar diňe öýjük içinde ösýärler we köpelýärler. Şonuň üçin, ribosomany arassalamak üçin E. cuniculi biomassasyny almak üçin, süýdemdirijileriň böwrek öýjük liniýasy RK13-i E. cuniculi sporalary bilen ýokançladyk we E. cuniculi-niň ösmegine we köpelmegine mümkinçilik bermek üçin bu ýokançly öýjükleri birnäçe hepdelap ösdürip ýetişdirdik. Takmynan ýarym inedördül metrlik ýokançly öýjük monogatlagyny ulanyp, takmynan 300 mg Microsporidia sporalaryny arassalap, olary ribosomalary bölüp almagy başardyk. Soňra arassalanan sporalary aýna munçuklar bilen bölüp, lizatlaryň basgançaklaýyn polietilen glikol fraksiýasiýasyny ulanyp çig ribosomalary bölüp aldyk. Bu bolsa, gurluş seljermesi üçin takmynan 300 µg çig E. cuniculi ribosomalaryny almaga mümkinçilik berdi.
Soňra biz ribosoma nusgalaryny ulanyp, krio-EM suratlaryny ýygnadyk we bu suratlary uly ribosomal kiçi birlige, kiçi kiçi birligiň kellesine we kiçi kiçi birlige laýyk gelýän maskalar arkaly işledik. Bu prosesde biz takmynan 108,000 ribosomal bölejikleriň suratlaryny ýygnadyk we 2,7 Å çözgütli krio-EM suratlaryny hasapladyk (Goşmaça suratlar 1-3). Soňra biz E. cuniculi ribosomalary bilen baglanyşykly rRNK-ny, ribosomal belok we gyşky uky faktory Mdf1-i modelleşdirmek üçin krio-EM suratlaryny ulandyk (1a, b surat).
a E. cuniculi ribosomasynyň gyşlama faktory Mdf1 bilen kompleks gurluşy (pdb id 7QEP). b E. cuniculi ribosomasy bilen baglanyşykly gyşlama faktory Mdf1-iň kartasy. c Mikrosporidiýa görnüşlerinde dikeldilen rRNK-ny belli ribosomal gurluşlar bilen deňeşdirýän ikinji derejeli gurluş kartasy. Paneller güýçlendirilen rRNK bölekleriniň (ES) we ribosomanyň işjeň merkezleriniň ýerleşýän ýerini, şol sanda dekodlaýyş ýerini (DC), sarsinisin halkasyny (SRL) we peptidil transferaza merkezini (PTC) görkezýär. d E. cuniculi ribosomasynyň peptidil transferaza merkezine laýyk gelýän elektron dykyzlygy bu katalitik ýeriň E. cuniculi parazitinde we onuň eýelerinde, şol sanda H. sapiens-de şol bir gurluşa eýedigini görkezýär. e, f Dekodlaşdyryş merkeziniň degişli elektron dykyzlygy (e) we dekodlaşdyryş merkeziniň shematiki gurluşy (f) E. cuniculi-niň başga köp eukariotlarda A1491-iň (E. coli nomerleme) ýerine U1491 galyndylarynyň bardygyny görkezýär. Bu üýtgeşiklik E. cuniculi-niň bu işjeň merkezi nyşana alýan antibiotiklere duýgur bolmagynyň mümkindigini görkezýär.
V. necatrix we P. locqustae ribosomalarynyň öň döredilen gurluşlaryndan tapawutlylykda (iki gurluş hem şol bir mikrosporidia maşgalasy Nosematidae-ni görkezýär we biri-birine örän meňzeş), 31,32 E. cuniculi ribosomalary rRNK we belok parçalanmasynyň köp sanly proseslerinden geçýär. Mundan beýläk denaturasiýa (Goşmaça suratlar 4-6). rRNK-da iň täsirli üýtgeşmeler güýçlendirilen 25S rRNK bölegi ES12L-iň doly ýitmegini we h39, h41 we H18 spirallarynyň bölekleýin degenerasiýasyny öz içine alýardy (1c surat, Goşmaça surat 4). Ribosomal beloklaryň arasynda iň täsirli üýtgeşmeler eS30 belogynyň doly ýitmegini we eL8, eL13, eL18, eL22, eL29, eL40, uS3, uS9, uS14, uS17 we eS7 beloklarynyň gysgalmagyny öz içine alýardy (Goşmaça suratlar 4, 5).
Şeýlelik bilen, Ensefalotozoon/Ordospora görnüşleriniň genomlarynyň örän azalmagy olaryň ribosoma gurluşynda öz beýanyny tapýar: E. cuniculi ribosomalary gurluş häsiýetnamasyna sezewar bolan eukaryotik sitoplazmatik ribosomalarda belogyň iň uly ýitgisini başdan geçirýär we hatda diňe eukariotlarda däl, eýsem ýaşaýşyň üç ulgamynda hem giňden saklanýan rRNK we belok böleklerine eýe däl. E. cuniculi ribosomasynyň gurluşy bu üýtgeşmeler üçin ilkinji molekulýar modeli üpjün edýär we deňeşdirme genomikasy we öýjük içi biomolekulýar gurluşynyň barlaglary tarapyndan gözardy edilen ewolýusiýa wakalaryny açyp görkezýär (Goşmaça surat 7). Aşakda biz bu wakalaryň her birini olaryň mümkin bolan ewolýusiýa gelip çykyşy we ribosomanyň işine mümkin bolan täsiri bilen bilelikde beýan edýäris.
Soňra biz uly rRNK kesilmelerinden başga-da, E. cuniculi ribosomalarynyň işjeň merkezleriniň birinde rRNK üýtgemeleriniň bardygyny anykladyk. E. cuniculi ribosomasynyň peptidil transferaza merkeziniň beýleki eukaryotik ribosomalar bilen birmeňzeş gurluşa eýe bolsa-da (1d-nji surat), dekodlaýyş merkezi 1491 nukleotidinde yzygiderlik üýtgemesi sebäpli tapawutlanýar (E. coli nomerlemesi, 1e-nji surat, f). Bu gözegçilik möhümdir, sebäbi eukaryotik ribosomalaryň dekodlaýyş ýeri adatça bakteriýa görnüşli A1408 we G1491 galyndylaryna garanyňda G1408 we A1491 galyndylaryny öz içine alýar. Bu üýtgeme bakterial we eukaryotik ribosomalaryň ribosomal antibiotikleriň aminoglikozid maşgalasyna we dekodlaýyş ýerine gönükdirilen beýleki kiçi molekulalara dürli duýgurlygynyň esasynda durýar. E. cuniculi ribosomasynyň dekodlaýyş ýerinde A1491 galyndysy U1491 bilen çalşyryldy, bu bolsa bu işjeň merkezi nyşana alan kiçi molekulalar üçin özboluşly baglanyşyk interfeýsini döredip biler. Şol bir A14901 görnüşi P. loctake we V. necatrix ýaly beýleki mikrosporidiýalarda hem bar, bu bolsa onuň mikrosporidiýa görnüşleriniň arasynda giňden ýaýrandygyny görkezýär (1f-nji surat).
E. cuniculi ribosoma nusgalarymyz metabolik taýdan işjeň däl sporalardan bölünip alnandygy sebäpli, biz E. cuniculi-niň krio-EM kartasyny stress ýa-da açlyk şertlerinde ozal beýan edilen ribosoma baglanyşygy üçin synagdan geçirdik. Gyşlama faktorlary 31,32,36,37, 38. Biz gyşlama ribosomasynyň öň kesgitlenen gurluşyny E. cuniculi ribosomasynyň krio-EM kartasy bilen deňeşdirdik. Dok üçin S. cerevisiae ribosomalary gyşlama faktory Stm138 bilen kompleksde, Lso232 faktory bilen kompleksde çekirtge ribosomalary we Mdf1 we Mdf231 faktorlary bilen kompleksde V. necatrix ribosomalary ulanyldy. Şol bir wagtyň özünde, biz dynç alyş faktory Mdf1-e laýyk gelýän krio-EM dykyzlygyny tapdyk. Mdf1-iň V. necatrix ribosomasyna baglanyşyna meňzeş, Mdf1 hem E. cuniculi ribosomasyna baglanýar, ol ýerde ribosomanyň E ýerini blokirleýär, belki-de, parazit sporalary bedeniň işjeňsizleşdirilmegi netijesinde metabolik taýdan işjeň bolmadyk ýagdaýynda ribosomalaryň elýeterli bolmagyna kömek edýär (2-nji surat).
Mdf1 ribosomanyň E saýtyny blokirleýär, bu bolsa parazit sporalary metabolik taýdan işjeň däl bolanda ribosomanyň işjeňsizleşdirilmegine kömek edýän ýaly. E. cuniculi ribosomasynyň gurluşynda Mdf1-iň belok sintezi wagtynda ribosomadan deasilatlanan tRNK-nyň çykmagyna ýardam berýän ribosomanyň bölegi bolan L1 ribosomanyň göwdesi bilen öň belli bolmadyk gatnaşygy emele getirýändigini anykladyk. Bu gatnaşyklar Mdf1-iň deasilatlanan tRNK bilen birmeňzeş mehanizmi ulanyp ribosomadan bölünýändigini görkezýär, bu bolsa ribosomanyň belok sintezini gaýtadan işjeňleşdirmek üçin Mdf1-i nädip aýyrýandygynyň mümkin bolan düşündirişini berýär.
Şeýle-de bolsa, biziň gurluşymyz Mdf1 bilen L1 ribosoma aýagynyň (belok sintezi wagtynda ribosomadan deasillenen tRNK-ny çykarmaga kömek edýän ribosomanyň bölegi) arasynda näbelli gatnaşygy ýüze çykardy. Hususan-da, Mdf1 deasillenen tRNK molekulasynyň dirsek bölegi bilen birmeňzeş gatnaşyklary ulanýar (2-nji surat). Öň näbelli bolan bu molekulýar modelleşdirme Mdf1-iň deasillenen tRNK bilen birmeňzeş mehanizmi ulanyp ribosomadan bölünýändigini görkezdi, bu bolsa ribosomanyň bu gyşky uky faktoryny nädip aýyryp, belok sintezini gaýtadan işjeňleşdirýändigini düşündirýär.
rRNK modelini gurlanda, E. cuniculi ribosomasynyň adatdan daşary ýagdaýda gatlanan rRNK bölekleriniň bardygyny anykladyk, olary birleşen rRNK diýip atlandyrdyk (3-nji surat). Ýaşaýşyň üç ulgamyny öz içine alýan ribosomalarda rRNK köp rRNK-nyň esas jübütleriniň we biri-biri bilen gatlanýan ýa-da ribosomal beloklar bilen özara täsirleşýän gurluşlara gatlanýar38,39,40. Şeýle-de bolsa, E. cuniculi ribosomalarynda rRNK-lar käbir spirallaryny açylmadyk rRNK sebitlerine öwürmek arkaly bu gatlanma prinsipini bozýan ýaly.
S. cerevisiae, V. necatrix we E. cuniculi-de H18 25S rRNK spiralynyň gurluşy. Adatça, üç ýaşaýyş domenini öz içine alýan ribosomalarda bu baglanyşdyryjy 24-den 34-e çenli galyndy saklaýan RNK spiralyna öwrülýär. Mikrosporidiýalarda bolsa, tersine, bu rRNK baglanyşdyryjysy ýuwaş-ýuwaşdan diňe 12 galyndy saklaýan iki sany bir zynjyrly uridine baý baglanyşdyryjylara öwrülýär. Bu galyndylaryň köpüsi erginlere sezewar bolýar. Suratda parazit mikrosporidiýalaryň rRNK-nyň umumy gatlanyş ýörelgelerini bozýandygy görkezilýär, bu ýerde rRNK esaslary adatça beýleki esaslar bilen birleşýär ýa-da rRNK-belok özara täsirlerine gatnaşýar. Mikrosporidiýalarda käbir rRNK bölekleri amatsyz gatlanyş alýar, bu ýerde öňki rRNK spiraly diýen ýaly göni çyzyk boýunça uzalýan bir zynjyrly bölek bolýar. Bu adatdan daşary sebitleriň bolmagy mikrosporidiýa rRNK-nyň uzakdaky rRNK böleklerini minimal sanly RNK esaslaryny ulanyp birikdirmegine mümkinçilik berýär.
Bu ewolýusiýa geçişiniň iň täsirli mysalyny H18 25S rRNK spiralynda görmek bolýar (3-nji surat). E. coli-den adamlara çenli görnüşlerde bu rRNK spiralynyň esaslary 24-32 nukleotidden ybarat bolup, biraz düzgünsiz spiral emele getirýär. V. necatrix we P. loccate-den öň anyklanan ribosomal gurluşlarda31,32 H18 spiralynyň esaslary bölekleýin açylýar, ýöne nukleotid esas jübütleşmesi saklanýar. Şeýle-de bolsa, E. cuniculi-de bu rRNK bölegi iň gysga baglanyşyk döredijilere öwrülýär 228UUUGU232 we 301UUUUUUUUU307. Adaty rRNK böleklerinden tapawutlylykda, bu uridine baý baglanyşyk döredijiler ribosomal beloklar bilen giň gatnaşyk gurmaýarlar ýa-da olar bilen giň gatnaşyk gurmaýarlar. Munuň ýerine, olar ergin bilen açyk we doly açylmadyk gurluşlary kabul edýärler, onda rRNK zynjyrlary diýen ýaly göni uzaldylýar. Bu uzalan konformasiýa E. cuniculi-niň H16 we H18 rRNA spirallarynyň arasyndaky 33 Å boşlugy doldurmak üçin diňe 12 RNA esasyny ulanýandygyny, beýleki görnüşleriň bolsa boşlugy doldurmak üçin azyndan iki esse köp rRNA esasyny talap edýändigini düşündirýär.
Şeýlelik bilen, biz energetik taýdan amatsyz bükülme arkaly parazit mikrosporidiýalaryň ýaşaýyşyň üç ulgamyndaky görnüşlerde giňden saklanyp galan rRNA segmentlerini hem gysmak strategiýasyny işläp düzendigini görkezip bileris. Görnüşinden, rRNA spirallaryny gysga poli-U baglanyşdyryjylaryna öwürýän mutasiýalary toplamak arkaly E. cuniculi distal rRNA böleklerini bogmak üçin mümkin boldugyça az nukleotidleri öz içine alýan adatdan daşary rRNA böleklerini emele getirip biler. Bu mikrosporidiýalaryň gurluş we funksional bitewüligini ýitirmezden, esasy molekulýar gurluşynyň nähili uly derejede azalandygyny düşündirmäge kömek edýär.
E. cuniculi rRNK-nyň başga bir adatdan daşary aýratynlygy, rRNK-nyň goýalmasyz görünmegidir (4-nji surat). Çybyklar, RNK spiralynda gizlenmegiň ýerine, ondan çykyp gidýän esas jübütleri bolmadyk nukleotidlerdir. rRNK çykyşlarynyň köpüsi molekulýar ýelmeşdiriji hökmünde hereket edýär we goňşy ribosomal beloklary ýa-da beýleki rRNK böleklerini baglamaga kömek edýär. Çybyklaryň käbiri menteşeler hökmünde hereket edýär we rRNK spiralynyň öndürijilikli belok sintezi üçin iň gowy derejede egilmegine we bükülmegine mümkinçilik berýär 41.
a rRNA çykyşy (S. cerevisiae nomerleme) E. cuniculi ribosomasynyň gurluşynda ýok, ýöne beýleki eukariotlaryň köpüsinde bar b E. coli, S. cerevisiae, H. sapiens we E. cuniculi içki ribosomalarynda. Parazitlerde gadymy, ýokary derejede saklanan rRNA çykyndylarynyň köpüsi ýok. Bu galyňlaşmalar ribosoma gurluşyny durnuklaşdyrýar; şonuň üçin olaryň mikrosporidiýalarda ýoklugy mikrosporidiýa parazitlerinde rRNA-nyň burulmagynyň durnuklylygynyň peselendigini görkezýär. P saplary (bakteriýalarda L7/L12 saplary) bilen deňeşdirmek, rRNA çykyndylarynyň ýitmeginiň käte ýiten çykyndylaryň ýanynda täze çykyndylaryň peýda bolmagy bilen gabat gelýändigini görkezýär. 23S/28S rRNA-daky H42 spiralynyň ýaşaýşyň üç ulgamynda goraglylygy sebäpli azyndan 3,5 milliard ýyl ýaşynda diýlip çaklanylýan gadymy çykyndysy (Saccharomyces cerevisiae-de U1206) bar. Mikrosporidiýalarda bu çykyndy ýok edilýär. Ýöne, ýiten çişligiň ýanynda täze çiş peýda boldy (E. cuniculi-de A1306).
Haýran galdyryjy zat, biz E. cuniculi ribosomalarynda beýleki görnüşlerde duş gelýän rRNA çişmeleriniň köpüsiniň, şol sanda beýleki eukariotlarda saklanan 30-dan gowrak çişmeleriň ýokdugyny anykladyk (4a-njy surat). Bu ýitgi ribosomal kiçi birlikler bilen goňşy rRNA spirallarynyň arasyndaky köp sanly gatnaşyklary aradan aýyrýar, käte ribosomanyň içinde uly boşluklary döredýär we E. cuniculi ribosomasyny has däp bolan ribosomalara garanyňda has gözenekli edýär (4b-nji surat). Belli bir zat, biz bu çişmeleriň köpüsiniň öň anyklanan V. necatrix we P. loccate ribosoma gurluşlarynda hem ýitendigini anykladyk, olar öňki gurluş seljermeleri tarapyndan gözden düşürildi31,32.
Käwagt rRNA-nyň çişmeleriniň ýitmegi, ýiten çişmesiniň ýanynda täze çişmeleriň ösmegi bilen birlikde bolýar. Mysal üçin, ribosomal P-göwresinde E. coli-den adamlara çenli saklanyp galan we şonuň üçin 3,5 milliard ýyl ýaşynda diýlip çaklanylýan U1208 çişme (Saccharomyces cerevisiae-de) bar. Belok sintezi wagtynda bu çişme P göwresiniň açyk we ýapyk konformasiýalaryň arasynda hereket etmegine kömek edýär, şonuň üçin ribosoma terjime faktorlaryny jemläp, olary işjeň ýere eltýär. E. cuniculi ribosomalarynda bu galyňlaşma ýok; ýöne, diňe üç esas jübütinde ýerleşýän täze galyňlaşma (G883) P göwresiniň optimal çeýeliginiň dikeldilmegine goşant goşup biler (4c-nji surat).
Çykyksyz rRNK baradaky maglumatlarymyz rRNK-nyň minimallaşdyrylmagynyň ribosomyň ýüzünde rRNK elementleriniň ýitmegi bilen çäklenmän, eýsem ribosom ýadrosyny hem öz içine alyp, erkin ýaşaýan öýjüklerde beýan edilmedik parazitlere mahsus molekulýar kemçiligi döredip biljekdigini görkezýär. Janly görnüşler syn edilýär.
Kanonik ribosomal beloklary we rRNK-ny modelleşdirenden soň, adaty ribosomal komponentleriň krio-EM şekiliniň üç bölegini düşündirip bilmeýändigini anykladyk. Bu bölekleriň ikisi ululygy boýunça kiçi molekulalardyr (5-nji surat, Goşmaça 8-nji surat). Birinji segment, adatça E. cuniculi-de gysgaldylan eL18-iň C-termini tarapyndan eýelenýän ýagdaýda ribosomal beloklar uL15 we eL18 arasynda ýerleşýär. Bu molekulanyň kimligini anyklap bilmesek-de, bu dykyzlyk adasynyň ululygy we görnüşi spermidin molekulalarynyň bolmagy bilen gowy düşündirilýär. Onuň ribosoma baglanmagy uL15 beloklaryndaky (Asp51 we Arg56) mikrosporidiýalara mahsus mutasiýalar bilen durnuklaşdyrylýar, bu bolsa ribosomanyň bu kiçi molekula üçin ýakynlygyny artdyrýan ýaly, sebäbi olar uL15-iň kiçi molekulany ribosomal gurluşa sarmagyna mümkinçilik berýär. Goşmaça 2-nji surat). 8, goşmaça maglumatlar 1, 2).
E. cuniculi ribosomasyna baglanyşykly ribozanyň daşynda nukleotidleriň bardygyny görkezýän krio-EM şekillenmesi. E. cuniculi ribosomasynda bu nukleotid beýleki eukaryotik ribosomalaryň köpüsinde 25S rRNA A3186 nukleotidi (Saccharomyces cerevisiae nomerlemesi) bilen bir ýerde durýar. b E. cuniculi-niň ribosomal gurluşynda bu nukleotid ribosomal beloklaryň uL9 we eL20 arasynda ýerleşýär we şeýdip iki belokyň arasyndaky gatnaşygy durnuklaşdyrýar. cd mikrosporidia görnüşleriniň arasynda eL20 yzygiderliliginiň saklanyş seljermesi. Mikrosporidia görnüşleriniň filogenetik agajy (c) we eL20 belogynyň köp sanly yzygiderliliginiň deňleşdirilmegi (d) nukleotid baglanyşýan F170 we K172 galyndylarynyň, ES39L rRNA giňeltmesini saklaýan irki şahalanýan Mikrosporidiadan başga, S. lophii-den başga, köp tipiki Mikrosporidialarda saklanýandygyny görkezýär. e Bu suratda nukleotid baglanyş galyndylarynyň F170 we K172 diňe ýokary derejede kiçeldilen mikrosporidiýa genomynyň eL20-de bardygy, ýöne beýleki eukariotlarda ýokdugy görkezilýär. Umuman alanyňda, bu maglumatlar Mikrosporidiýa ribosomalarynyň AMP molekulalaryny baglanyşýan we olary ribosomal gurluşda belok-belok özara täsirlerini durnuklaşdyrmak üçin ulanýan nukleotid baglanyş ýerini döredendigini görkezýär. Mikrosporidiýada bu baglanyş ýeriniň ýokary derejede saklanmagy we beýleki eukariotlarda ýoklugy bu ýeriň Mikrosporidiýa üçin selektiw ýaşaýyş artykmaçlygyny berip biljekdigini görkezýär. Şeýlelik bilen, mikrosporidiýa ribosomasyndaky nukleotid baglanyş jübüsi öň beýan edilişi ýaly degenerasiýa aýratynlygy ýa-da rRNA-nyň dargamagynyň soňky görnüşi däl-de, mikrosporidiýa ribosomasynyň kiçi molekulalary molekulýar gurluşyk bloklary hökmünde ulanyp, gönüden-göni baglanyşmagyna mümkinçilik berýän peýdaly ewolýusiýa innowasiýa bolup görünýär. Bu açyş mikrosporidiýa ribosomasyny gurluş gurluşyk bloky hökmünde ýeke-täk nukleotidi ulanýan ýeke-täk ribosoma öwürýär. f Nukleotid baglanyşyndan gelip çykýan gipotetiki ewolýusiýa ýoly.
Ikinji pes molekulýar agramly dykyzlyk ribosomal beloklaryň uL9 we eL30 arasyndaky serhetde ýerleşýär (5a-njy surat). Bu serhet öň Saccharomyces cerevisiae ribosomasynyň gurluşynda rRNA A3186-nyň 25S nukleotidi (ES39L rRNA giňeltmesiniň bir bölegi)38 üçin baglanyşyk ýeri hökmünde beýan edilipdi. Degenerasiýa edilen P. loccate ES39L ribosomalarynda bu serhetiň näbelli ýeke nukleotidi 31 bilen baglanyşýandygy görkezildi we bu nukleotidiň rRNA-nyň uzynlygy ~130-230 esas bolan rRNA-nyň kiçeldilen soňky görnüşidigi çak edilýär. ES39L ýeke nukleotidi 32.43-e kiçeldi. Biziň krio-EM suratlarymyz dykyzlygyň nukleotidler bilen düşündirilip bilinjekdigi baradaky pikiri goldaýar. Şeýle-de bolsa, gurluşymyzyň has ýokary çözgüdi bu nukleotidiň ekstraribosomal molekula, ähtimal, AMPdigini görkezdi (5a-njy surat, b).
Soňra biz nukleotid baglanyş ýeriniň E. cuniculi ribosomasynda peýda bolandygyny ýa-da öň bardygyndan soradyk. Nukleotid baglanyşy esasan eL30 ribosomal belogyndaky Phe170 we Lys172 galyndylary arkaly amala aşyrylýandygy sebäpli, biz bu galyndylaryň 4396 wekilçilikli eukariotda saklanyşyny baha berdik. Ýokardaky uL15 ýagdaýynda bolşy ýaly, biz Phe170 we Lys172 galyndylarynyň diňe tipiki Microsporidia-da ýokary derejede saklanýandygyny, ýöne ES39L rRNA bölegi reduksiýalanmaýan atipik Microsporidia Mitosporidium we Amphiamblys ýaly beýleki eukariotlarda ýokdugyny anykladyk 44, 45, 46 (5c-nji surat). -e).
Bu maglumatlar bilelikde E. cuniculi we belki-de beýleki kanonik mikrosporidiýalaryň rRNK we belok derejesiniň peselmeginiň öwezini dolmak üçin ribosoma gurluşynda köp sanly kiçi metabolitleri netijeli tutmak ukybyny ösdürendigi baradaky pikiri goldaýar. Şeýlelik bilen, olar ribosomanyň daşynda nukleotidleri baglamak üçin özboluşly ukyby ösdürdiler, bu bolsa parazit molekulýar gurluşlaryň köp sanly kiçi metabolitleri tutmak we olary dargadylan RNK we belok bölekleriniň gurluş nusgasy hökmünde ulanmak arkaly kompensasiýa edýändigini görkezýär.
Krio-EM kartamyzyň üçünji simulýasiýa edilmedik bölegi, uly ribosomal kiçi birlikde tapylýar. Kartamyzyň deňeşdirme boýunça ýokary çözgüdi (2.6 Å) bu dykyzlygyň uly gapdal zynjyr galyndylarynyň özboluşly kombinasiýalary bolan beloklara degişlidigini görkezýär, bu bolsa bize bu dykyzlygy öň belli bolmadyk ribosomal belok hökmünde kesgitlemäge mümkinçilik berdi, biz ony msL2 (Microsporidia-specific protein L2) diýip atlandyrdyk (usullar, 6-njy surat). Gomologiýa gözlegimiz msL2-niň Encephaliter we Orosporidium urugynyň Microsporidia kladasynda saklanýandygyny, ýöne beýleki görnüşlerde, şol sanda beýleki Microsporidia-larda ýokdugyny görkezdi. Ribosomal gurluşda msL2 uzadylan ES31L rRNK-nyň ýitmegi bilen emele gelen boşlugy eýeleýär. Bu boşlukda msL2 rRNK-nyň gatlanmagyny durnuklaşdyrmaga kömek edýär we ES31L-iň ýitgisiniň öwezini dolup bilýär (6-njy surat).
a E. cuniculi ribosomalarynda tapylan Mikrosporidiýa mahsus ribosomal belogy msL2-niň elektron dykyzlygy we modeli. b Saccharomyces cerevisiae-niň 80S ribosomasyny öz içine alýan eukariot ribosomalaryň köpüsinde ES19L rRNK amplýasiýasynyň ýitirilmegi Mikrosporidiýa görnüşleriniň köpüsinde ýitirilen. V. necatrix mikrosporidia ribosomasynyň öň döredilen gurluşy bu parazitlerde ES19L ýitgisiniň täze msL1 ribosomal belogynyň ewolýusiýasy bilen öwezini dolýandygyny görkezýär. Bu gözlegde E. cuniculi ribosomasynyň ES19L ýitgisiniň görünýän öwezini dolmak üçin goşmaça ribosomal RNK mimik belogyny hem ösdürendigini anykladyk. Şeýle-de bolsa, msL2 (häzirki wagtda gipotetiki ECU06_1135 belogy hökmünde bellik edilýär) we msL1 dürli gurluş we ewolýusiýa gelip çykyşlaryna eýedir. c Ewolusiýa taýdan baglanyşykly bolmadyk msL1 we msL2 ribosomal beloklaryň döremeginiň bu açyşy, eger ribosomalar öz rRNK-larynda zyýanly mutasiýalary toplasalar, ýakyn baglanyşykly görnüşleriň kiçi bir böleginde hem öň görülmedik derejede düzüm dürlüligine ýetip biljekdigini görkezýär. Bu açyş rRNK-nyň örän peselmegi we görnüşler boýunça belok düzümindäki adatdan daşary üýtgeşikligi bilen tanalýan mitohondrial ribosomanyň gelip çykyşyny we ewolýusiýasyny aýdyňlaşdyrmaga kömek edip biler.
Soňra biz msL2 belogyny öň beýan edilen msL1 belogy bilen deňeşdirdik, bu belog V. necatrix ribosomasynda tapylan ýeke-täk belli mikrosporidiýa spesifik ribosomal belogydyr. Biz msL1 we msL2-niň ewolýusiýa taýdan baglanyşyklydygyny ýa-da däldigini barlamak isledik. Biziň seljermämiz msL1 we msL2-niň ribosomal gurluşda bir boşlugy eýeleýändigini, ýöne dürli birinji we üçünji gurluşlara eýedigini görkezdi, bu bolsa olaryň garaşsyz ewolýusiýa gelip çykyşyny görkezýär (6-njy surat). Şeýlelik bilen, msL2-niň açyşymyz kompakt eukaryotik görnüşleriň toparlarynyň rRNA bölekleriniň ýitgisiniň öwezini dolmak üçin gurluş taýdan tapawutly ribosomal beloklary garaşsyz ösdürip biljekdigine subutnama berýär. Bu açyş sitoplazmatik eukaryotik ribosomalaryň köpüsinde 81 ribosomal belok maşgalasyny öz içine alýan üýtgewsiz belok bardygy bilen tapawutlanýar. Giňeldilen rRNA segmentleriniň ýitmegine jogap hökmünde mikrosporidiýalaryň dürli kladalarynda msL1 we msL2-niň peýda bolmagy, parazitiň molekulýar gurluşynyň dargamagynyň parazitleriň kompensator mutasiýalary gözlemegine sebäp bolýandygyny we bu bolsa olaryň ahyrsoňy dürli parazit populýasiýalarynda ýüze çykmagyna sebäp bolup biljekdigini görkezýär.
Ahyrsoňy, modelimiz tamamlananda, E. cuniculi ribosomasynyň düzümini genom yzygiderliliginden çaklanylýan düzüm bilen deňeşdirdik. E. cuniculi genomundan gomologlarynyň ýoklugy sebäpli, eL14, eL38, eL41 we eS30 ýaly birnäçe ribosomal beloklaryň öň E. cuniculi genomundan ýokdugy çaklanylýardy. Ribosomal beloklaryň köpüsiniň ýitmegi beýleki ýokary derejede azaldylan öýjük içi parazitleriň we endosimbiontlaryň köpüsinde hem çaklanylýar. Mysal üçin, erkin ýaşaýan bakteriýalaryň köpüsinde 54 ribosomal belokdan ybarat bir maşgala bolsa-da, bu belok maşgalalarynyň diňe 11-sinde her seljerilen eýe tarapyndan çäklendirilen bakteriýalaryň genomynda anyklanyp bilinýän gomologlar bar. Bu pikiri goldamak üçin, eL38 we eL4131,32 beloklary bolmadyk V. necatrix we P. loctake microsporidia-da ribosomal beloklaryň ýitmegi tejribe arkaly syn edildi.
Şeýle-de bolsa, biziň gurluşlarymyz E. cuniculi ribosomasynda diňe eL38, eL41 we eS30-yň hakykatda ýitirilýändigini görkezýär. eL14 belogy saklanyp galdy we biziň gurluşymyz bu belogyň näme üçin gomologiýa gözleginde tapylyp bilinmeýändigini görkezdi (7-nji surat). E. cuniculi ribosomalarynda, eL14 baglanyş ýeriniň köp bölegi rRNA-nyň güýçlendirilen ES39L-iň dargamagy sebäpli ýitirilýär. ES39L ýoklugynda, eL14 ikinji derejeli gurluşynyň köp bölegini ýitirdi we eL14 yzygiderliliginiň diňe 18% -i E. cuniculi we S. cerevisiae-de birmeňzeşdi. Bu ýaramaz yzygiderliligiň saklanmagy ajaýyp, sebäbi 1,5 milliard ýyl aralyk bilen ösen organizmler bolan Saccharomyces cerevisiae we Homo sapiens hem eL14-däki şol bir galyndylaryň 51% -den gowragyny paýlaşýarlar. Bu anomaliýal konserwasiýa ýitgisi E. cuniculi eL14-iň häzirki wagtda eL1427 ribosomal belogy hökmünde däl-de, M970_061160 belogy hökmünde belliklenýändigini düşündirýär.
we Microsporidia ribosomasy ES39L rRNA giňeltmesini ýitirdi, bu bolsa eL14 ribosomal belogyň baglanyş ýerini bölekleýin ýok etdi. ES39L ýoklugynda, eL14 mikrospor belogy ikinji derejeli gurluşy ýitirýär, bu ýerde öňki rRNA-baglanyşýan α-spiral minimal uzynlykdaky halka öwrülýär. b Köp sanly yzygiderlik deňleşdirmesi eL14 belogynyň eukaryotik görnüşlerde ýokary derejede saklanýandygyny (maýa we adam gomologlarynyň arasyndaky yzygiderlik meňzeşliginiň 57%), ýöne mikrosporidiýalarda ýaramaz saklanýandygyny we tapawutlanýandygyny görkezýär (bu ýerde galyndylaryň 24% -den köp däldigi eL14 gomology bilen birmeňzeş). S. cerevisiae ýa-da H. sapiens-den). Bu ýaramaz yzygiderlik saklanyşy we ikinji derejeli gurluş üýtgeşikligi eL14 gomologynyň näme üçin E. cuniculi-de hiç haçan tapylmandygyny we bu belogyň näme üçin E. cuniculi-de ýitirilendiginiň çaklanylýandygyny düşündirýär. Tersine, E. cuniculi eL14 öň M970_061160 belogy hökmünde bellik edilipdi. Bu gözegçilik mikrosporidiýa genomynyň dürlüliginiň häzirki wagtda artykmaç bahalandyrylýandygyny görkezýär: häzirki wagtda mikrosporidiýada ýitirilen diýlip hasaplanylýan käbir genler, ýokary derejede tapawutlanan görnüşlerde bolsa-da, aslynda saklanyp galýar; onuň ýerine, käbirleriniň gurçuklara mahsus beloklar üçin mikrosporidiýa genlerini kodlaýandygy hasaplanylýar (meselem, gipotetiki M970_061160 belogy), hakykatda, beýleki eukariotlarda duş gelýän örän dürli beloklary kodlaýar.
Bu açyş rRNK-nyň denaturasiýasynyň goňşy ribosomal beloklarda yzygiderliligiň saklanmagynyň düýpli ýitmegine getirip biljekdigini we bu beloklaryň gomologiýa gözlegleri üçin anyklanyp bolmajakdygyny görkezýär. Şeýlelik bilen, kiçi genom organizmlerinde molekulýar dargamagyň hakyky derejesini ýokary baha berip bileris, sebäbi ýitirilen diýlip hasaplanylýan käbir beloklar, örän üýtgedilen görnüşlerde bolsa-da, hakykatdanam saklanyp galýar.
Parazitler genomyň örän pese gaçmagy şertlerinde molekulýar maşynlarynyň funksiýasyny nädip saklap bilerler? Biziň gözlegimiz bu soraga iň kiçi eukaryotik genomlaryň birine eýe bolan E. cuniculi organizminiň çylşyrymly molekulýar gurluşyny (ribosomasyny) beýan etmek arkaly jogap berýär.
Mikrob parazitlerindäki belok we RNK molekulalarynyň erkin ýaşaýan görnüşlerdäki gomologik molekulalaryndan tapawutlanýandygy, sebäbi olaryň hil gözegçilik merkezleriniň ýokdugy, erkin ýaşaýan mikroblarda öz ululygynyň 50% -ine çenli kiçelýändigi we ş.m. sebäpli köp sanly ejizleşdiriji mutasiýalaryň burulma we funksiýa bozýandygy takmynan iki onýyllykdan bäri bellidir. Mysal üçin, kiçi genom organizmleriniň ribosomalarynda, şol sanda köp sanly öýjük içi parazitlerde we endosimbiontlarda, erkin ýaşaýan görnüşlere garanyňda birnäçe ribosomal beloklaryň we rRNK nukleotidleriniň üçden birine çenli ýetmezçilik etmegine garaşylýar 27, 29, 30, 49. Şeýle-de bolsa, bu molekulalaryň parazitde nähili işleýändigi esasan deňeşdirme genomikasy arkaly öwrenilen, esasan hem syr bolmagynda galýar.
Biziň gözlegimiz makromolekulalaryň gurluşynyň öýjük içi parazitleriň we beýleki eýe tarapyndan çäklendirilen organizmleriň däp bolan deňeşdirme genomik barlaglaryndan çykarmak kyn bolan ewolýusiýanyň köp taraplaryny açyp biljekdigini görkezýär (Goşmaça surat 7). Mysal üçin, eL14 belogynyň mysaly parazit görnüşlerinde molekulýar apparatyň hakyky dargama derejesini ýokary baha berip biljekdigimizi görkezýär. Ensefalit parazitleriniň häzirki wagtda ýüzlerçe mikrosporidiýa mahsus genleri bar diýlip hasaplanylýar. Şeýle-de bolsa, netijelerimiz bu özboluşly görünýän genleriň käbiriniň aslynda beýleki eukariotlarda duş gelýän genleriň diňe örän tapawutly görnüşleridigini görkezýär. Mundan başga-da, msL2 belogynyň mysaly täze ribosomal beloklary nädip gözardy edýändigimizi we parazit molekulýar maşynlaryň mazmunyny nähili pes baha berýändigimizi görkezýär. Kiçi molekulalaryň mysaly parazit molekulýar gurluşlaryndaky olara täze biologiki işjeňlik berip biljek iň zehinli täzelikleri nädip gözardy edip biljekdigimizi görkezýär.
Umuman alanyňda, bu netijeler eýe tarapyndan çäklendirilen organizmleriň molekulýar gurluşlary bilen erkin ýaşaýan organizmlerdäki olaryň deňdeşleriniň arasyndaky tapawutlary düşünmegimizi gowulandyrýar. Biz uzak wagtlap azalandygy, degenerasiýasy we dürli ejizleşdiriji mutasiýalara sezewar bolandygy çak edilýän molekulýar maşynlaryň, tersine, yzygiderli gözden gaçyrylýan adatdan daşary gurluş aýratynlyklarynyň toplumyna eýedigini görkezýäris.
Beýleki tarapdan, E. cuniculi-niň ribosomalarynda tapylan göwrümsiz rRNK bölekleri we birleşen bölekleri, genomyň azalmagynyň, görnüşleriň garaşsyz ewolýusiýasyndan tas 3,5 milliard ýyl soň, ýaşaýşyň üç ulgamynda saklanýan esasy molekulýar mehanizmiň böleklerini hem üýtgedip biljekdigini görkezýär.
E. cuniculi ribosomalaryndaky çişmeýän we birleşen rRNK bölekleri, endosimbiotik bakteriýalardaky RNK molekulalarynyň öňki barlaglarynyň nukdaýnazaryndan aýratyn gyzyklanma döredýär. Mysal üçin, bit endosimbionty Buchnera aphidicola-da, rRNK we tRNK molekulalarynyň A+T düzüminiň üýtgeşikligi we kanonik däl esas jübütleriniň ýokary paýy sebäpli temperatura duýgur gurluşlara eýedigi görkezildi20,50. RNK-daky bu üýtgeşmeler, şeýle hem belok molekulalaryndaky üýtgeşmeler, indi endosimbiontlaryň hyzmatdaşlara aşa garaşly bolmagyna we endosimbiontlaryň ýylylygy geçirip bilmezligine sebäp bolýar diýlip hasaplanylýar21, 23. Parazit mikrosporidiýa rRNK-nyň gurluş taýdan tapawutly üýtgeşmeleri bolsa-da, bu üýtgeşmeleriň tebigaty, genomlary peselen organizmlerde termal durnuklylygyň peselmeginiň we şaperon beloklaryna has ýokary garaşlylygyň RNK molekulalarynyň umumy aýratynlyklary bolup biljekdigini görkezýär.
Beýleki tarapdan, biziň gurluşlarymyz parazit mikrosporidiýalarynyň giň konserwirlenen rRNK we belok böleklerine garşy durmak üçin özboluşly ukybyň ösendigini, degenerasiýa edilen rRNK we belok bölekleriniň gurluş imitasiýasy hökmünde köp we elýeterli kiçi metabolitleri ulanmak ukybynyň ösendigini görkezýär. Molekulýar gurluşyň dargamagy. Bu pikir E. cuniculi-niň rRNK-syndaky we ribosomalaryndaky belok bölekleriniň ýitgisiniň öwezini dolýan kiçi molekulalaryň uL15 we eL30 beloklaryndaky mikrosporidiýa mahsus galyndylaryna baglanýandygy bilen goldanylýar. Bu bolsa, kiçi molekulalaryň ribosomalara baglanmagynyň oňyn saýlamanyň netijesi bolup biljekdigini görkezýär, bu ýerde ribosomal beloklardaky mikrosporidiýa mahsus mutasiýalar ribosomalaryň kiçi molekulalar üçin ýakynlygyny ýokarlandyrmak ukyby üçin saýlandy, bu bolsa has netijeli ribosomal organizmlere getirip biler. Bu açyş mikrobial parazitleriň molekulýar gurluşynda akylly täzeligi açyp görkezýär we parazit molekulýar gurluşlarynyň reduktiw ewolýusiýa garamazdan öz funksiýalaryny nähili saklaýandygyny has gowy düşünmäge mümkinçilik berýär.
Häzirki wagtda bu kiçi molekulalaryň identifikasiýa edilmegi belli däl. Bu kiçi molekulalaryň ribosomal gurluşdaky görnüşiniň mikrosporidiýa görnüşleriniň arasynda näme üçin tapawutlanýandygy belli däl. Hususan-da, V. necatrix-iň eL20 we K172 beloklarynda F170 galyndysynyň bardygyna garamazdan, nukleotid baglanyşygynyň E. cuniculi we P. loccate-iň ribosomlarynda näme üçin syn edilýändigi we V. necatrix-iň ribosomlarynda syn edilmeýändigi belli däl. Bu delesiýa E. cuniculi we P. loccate-de treonin däl-de, V. necatrix-de tirozin bolan 43 uL6 galyndysy (nukleotid baglanyşygynyň jübüsiniň golaýynda ýerleşýän) sebäpli bolup biler. Tyr43-iň göwrümli aromatik gapdal zynjyry steriki üst-üste düşmek sebäpli nukleotid baglanyşygyna päsgel berip biler. Başgaça aýdylanda, nukleotidiň görünýän delesiýasy krio-EM suratlandyrmasynyň pes çözgüdi bilen baglanyşykly bolup biler, bu bolsa V. necatrix ribosomal bölekleriniň modelleşdirilmegine päsgel berýär.
Beýleki tarapdan, biziň işimiz genomyň dargamagy prosesiniň oýlap tapyjy güýç bolup biljekdigini görkezýär. Hususan-da, E. cuniculi ribosomasynyň gurluşy mikrosporidia ribosomasyndaky rRNK-nyň we belok bölekleriniň ýitmeginiň ribosomanyň gurluşynda üýtgeşmelere itergi berýän ewolýusiýa basyşyny döredýändigini görkezýär. Bu wariantlar ribosomanyň işjeň ýerinden uzakda ýüze çykýar we başga ýagdaýda azalan rRNK sebäpli bozulyp biljek optimal ribosoma ýygnanmasyny saklamaga (ýa-da dikeltmäge) kömek edýän ýaly. Bu bolsa mikrosporidia ribosomasynyň esasy täzeliginiň gen sürüşini buferleşdirmek zerurlygyna öwrülen ýaly görünýändigini görkezýär.
Belki, muny şu wagta çenli başga organizmlerde hiç haçan syn edilmedik nukleotid baglanyşygy has gowy görkezýär. Nukleotid baglanyşygy galyndylarynyň adaty mikrosporidiýalarda bardygy, ýöne beýleki eukariotlarda ýokdugy, nukleotid baglanyşygy ýerleriniň diňe ýitip gitmegi garaşýan galyndylaryň ýa-da rRNK-nyň aýry-aýry nukleotidleriň görnüşine dikeldilmeginiň soňky ýeri däldigini görkezýär. Munuň ýerine, bu ýer birnäçe oňyn saýlama tapgyrynda ösüp biljek peýdaly aýratynlyk ýaly görünýär. Nukleotid baglanyşygy ýerleri tebigy saýlamanyň goşmaça önümi bolup biler: ES39L dargadylandan soň, mikrosporidiýalar ES39L ýoklugynda optimal ribosoma biogenezini dikeltmek üçin kompensasiýa gözlemäge mejbur bolýarlar. Bu nukleotid ES39L-däki A3186 nukleotidiniň molekulýar kontaktlaryny gaýtalap bilýänligi sebäpli, nukleotid molekulasy ribosomanyň gurluşyk blokuna öwrülýär, onuň baglanyşygy eL30 yzygiderliliginiň mutasiýa bilen has-da gowulanýar.
Hujaýra içi parazitleriň molekulýar ewolýusiýasyna gelende, biziň gözlegimiz Darwin tebigy seleksiýasynyň we genomyň dargamagynyň genetiki sürüşiniň güýçleriniň parallel hereket etmeýändigini, gaýtam üýtgeýändigini görkezýär. Birinjiden, genetiki sürüş biomolekulalaryň möhüm aýratynlyklaryny ýok edýär we kompensasiýa örän zerur bolýar. Diňe parazitler bu zerurlygy Darwin tebigy seleksiýasy arkaly kanagatlandyranda, olaryň makromolekulalary iň täsirli we täzeçil häsiýetlerini ösdürmek mümkinçiligine eýe bolarlar. Iň esasysy, E. cuniculi ribosomasyndaky nukleotid baglanyşyk ýerleriniň ewolýusiýasy molekulýar ewolýusiýanyň bu ýitirmek-gowuşmak nusgasynyň diňe bir zyýanly mutasiýalary amortizasiýa etmän, eýsem käwagt parazit makromolekulalara düýbünden täze funksiýalary berýändigini görkezýär.
Bu pikir Sewell Wrightyň hereket edýän deňagramlylyk teoriýasyna gabat gelýär, ol tebigy seçmegiň berk ulgamynyň organizmleriň täzelik döretmek ukybyny çäklendirýändigini aýdýar51,52,53. Şeýle-de bolsa, genetiki sürüşme tebigy seçilişe päsgel berse, bu sürüşmeler öz-özünden uýgunlaşmaýan (ýa-da hatda zyýanly) üýtgeşmeleri döredip biler, ýöne has ýokary derejeli taýýarlygy ýa-da täze biologik işjeňligi üpjün edýän başga üýtgeşmelere getirip biler. Biziň çarçuwamyz biomolekulanyň bükülmegini we funksiýasyny azaldýan şol bir mutasiýanyň onuň gowulanmagynyň esasy sebäbi bolup görünýändigini görkezmek bilen bu pikiri goldaýar. Iki tarap üçin hem peýdaly ewolýusiýa modeline laýyklykda, biziň gözlegimiz däp boýunça degeneratiw proses hökmünde garalýan genomyň dargamagynyň hem täzeligiň esasy hereketlendiriji güýji bolup durýandygyny, käwagt we hatda köplenç makromolekulalaryň täze parazit işjeňliklerini gazanmagyna mümkinçilik berýändigini görkezýär.