Informacija

Kodėl prokariotuose vertimas yra daug greitesnis nei eukariotų?

Kodėl prokariotuose vertimas yra daug greitesnis nei eukariotų?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Prokariotai transkripciją ir vertimą atlieka daug greičiau nei eukariotai. Jei atmintis neapgauna, vienoje 70S prokariotinėje ribosomoje gali būti apie 20 aminorūgščių per sekundę, o 80S eukariotų atitikmuo yra daug lėtesnis – maždaug 2 aminorūgštys per sekundę. Ar žinoma to priežastis? Vienintelė galimybė, apie kurią galiu galvoti, yra ta, kad prokariotinės mRNR dažnai yra policistroninės, o eukariotinės mRNR nėra ir paprastai yra susijusios su kotransliaciniu baltymų lankstymu. Lėtesnis vertimas gali pagerinti lankstymo tikslumą. Išskyrus tai, neįsivaizduoju jokios priežasties, kodėl 80S ribosoma būtų fiziškai lėtesnė nei 70S ribosoma. Tai nepanašu į DNR replikaciją, kur tikslumas yra daug svarbesnis daugialąsčiams organizmams nei greitai besidauginančių vienaląsčių prokariotų.


Sakyčiau, kad tai neteisinga, nebent plakate gali būti cituojami naujesni dokumentai, patvirtinantys teiginį dėl prokariotinių ir eukariotinių baltymų sintezės greičio skirtumų.

Lacroute ir Stent (1968) pranešė apie rodiklį 15 aminorūgščių per sek β-galaktozidazei Escherichia coli, tuo tarpu Knopf ir Lamfrom (1965) pranešė apie 7 aminorūgštys per sek globino grandinėms triušio retikulocituose. Man tai nelabai skiriasi, ypač atsižvelgiant į neseniai atliktą Li ir kt. tyrimą. (2014) parodė, kad baltymų sintezės greitis skiriasi priklausomai nuo rinkinio (jei toks yra), į kurį įtraukiamas baltymas, sudėtingumo.


Pagrindai: In vitro vertimas

The in vitro baltymų sintezė ekstraktuose be ląstelių yra svarbi priemonė molekuliniams biologams ir gali būti naudojama įvairiai, įskaitant greitą genų produktų identifikavimą (pvz., proteomiką), mutacijų lokalizavimą sintezuojant sutrumpintų genų produktus, baltymų lankstymo tyrimus ir modifikuotų arba nenatūralių aminorūgščių įtraukimas funkciniams tyrimams. In vitro vertimo sistemų naudojimas gali turėti pranašumų prieš in vivo genų ekspresija, kai per daug ekspresuotas produktas yra toksiškas ląstelei-šeimininkei, kai produktas yra netirpus arba sudaro inkliuzinius kūnus arba kai baltymą greitai proteolitiškai skaido tarpląstelinės proteazės. Iš esmės turėtų būti įmanoma paruošti ekstraktą be ląstelių in vitro mRNR vertimas iš bet kokio tipo ląstelių. Praktiškai buvo sukurtos tik kelios sistemos be ląstelių in vitro baltymų sintezė. Apskritai šios sistemos yra gaunamos iš ląstelių, kurios dalyvauja dideliu baltymų sintezės greičiu. Šiame straipsnyje bus paaiškinti skirtingi požiūriai į baltymų sintezę in vitro (išgrynintos RNR vertimas, palyginti su „susieta“ ir „sujungta“ transkripcija: vertimas), taip pat aprašomi pagrindiniai skirtumai tarp eukariotinių ir prokariotinių sistemų be ląstelių.


VERTIMO INICIACIJOS MECHANIZMAS

Mažų ribosomų subvienetų telkinio, ant kurio bus sukurtas iniciacijos kompleksas, paruošimas

Iniciatoriaus tRNR (Met-tRNR) surišimasi) 1 1 Naudojami sutrumpinimai: tRNRi, iniciatorius tRNR eIF, eukariotų iniciacijos faktorius mRNP, pasiuntinio RNR · baltymo dalelė 4E-BP, eIF4E jungiantis baltymas IRES, vidinė ribosomos įėjimo vieta ORF, atviras skaitymo rėmelis. į 40S subvienetą

MRNR prisijungimas prie 40S subvieneto

MRNR nuskaitymas, norint rasti inicijuojantį AUG kodo žodį

Subvieneto sujungimas į 80S inicijavimo kompleksą

eIF2·GDP perdirbimas į eIF2·GTP.

Kiekvienas iš šių veiksmų išsamiau aprašytas tolesnėse pastraipose.

Esant normalioms fiziologinėms sąlygoms, du ribosomos subvienetai (paprastai vadinami dideliu ir mažu subvienetais arba pagal jų fizinį dydį, atitinkamai išmatuotą sedimentacijos būdu, 60S ir 40S) yra linkę likti susiję kaip neaktyvi ribosoma (80S). nors pusiausvyra leidžia nedidelei daliai subvienetų egzistuoti laisvai (1 pav.). Mažų ribosomų subvienetų telkinys sukuriamas sujungiant eukariotinį iniciacijos faktorių (eIF)3, padedantį surišti eIF1A. Šie surišimo įvykiai perkelia pusiausvyros padėtį į dešinę, nes kai eIF3 prisijungia prie 40S subvieneto, 60S subvienetas negali prisijungti.

Antrasis žingsnis yra tRNR surišimasi (2 pav.). Šiame etape tRNRi yra prijungtas prie 40S subvieneto kaip tretinis kompleksas (eIF2 · GTP · Met-tRNRi). Verta paminėti, kad yra dvi Met-tRNR rūšys: Met-tRNRi ir Met-tRNRm. Iniciacijos procesas yra specifinis Met-tRNRi o pailgėjimo procesas yra specifinis Met-tRNRm. Kadangi abi Met-tRNR reaguoja į kodinį žodį AUG, tai užtikrina, kad abiem procesams bus nepriklausomi tRNR telkiniai. Antra, tiek iniciacijai, tiek pailgėjimui aminoacil-tRNR patenka į ribosomą trijų komponentų pavidalu (faktorius·GTP·aminoacil-tRNR). Trečias kompleksas surišamas dėl specifinių surišimo vietų eIF2 tiek 40S subvienetui, tiek eIF3, kuris jau yra ribosomoje.

3 žingsnis yra mRNR aktyvinimas (3 pav.). Daugumoje ląstelių sistemų mRNR egzistuoja kaip RNR ir baltymo (mRNP) kompleksai (ribonuklearinių baltymų dalelės). Atrodo, kad mRNR aktyvavimo procesas reikalauja pašalinti baltymus iš 5′ mRNR galo ir pašalinti bet kokią antrinę struktūrą. Tai pasiekiama eIF4F prisijungus prie mRNR 5′ m 7 G-dangtelio (3 pav.). eIF4F sudaro trys subvienetai (eIF4E, eIF4A ir eIF4G). Mažas subvienetas, eIF4E, ypač atpažįsta m 7 G dangtelį su labai dideliu afinitetu (Kd maždaug 10–8–10–9 M). Šis pradinis surišimas nustato eIF4F 5′ mRNR gale ir tokiu būdu orientuoja jo nuolatinės helikazės, eIF4A, aktyvumą, kad ATP energija būtų panaudota RNR antrinės struktūros išsivyniojimui ir baltymų išsiskyrimui iš jo. iRNR 5′ galas (4 pav.) [1].

Kitame etape eIF4F susiejimas su mRNR nukreipia mRNR prisijungimą prie 40S subvieneto per eIF4G sąveiką su 40S surištu eIF3 (5 pav.). Dėl to mRNR 5′ galas prisijungia prie 40S subvieneto, tačiau šiuo metu nėra tinkamo Met-tRNR antikodono atitikimo.i su inicijuojančiu AUG kodonu. Teisingas atitikimas pasiekiamas nuo ATP priklausomu procesu, vadinamu nuskaitymu [2]. Nors detalės čia neaiškios, atrodo, kad 40S subvienetas juda 3′ kryptimi, tikrindamas kiekvieną galimą kodoną, ar jis atitinka tRNR antikodoną.i. Genetiniai mielių tyrimai patvirtino, kad tai yra tRNRi antikodonas, atpažįstantis inicijuojantį AUG, o ne vieną iš vertimo faktorių (nors vertimo faktoriai gali turėti įtakos šio proceso tikslumui) [3-6]. Šis AUG kodono atpažinimas paaiškina, kodėl tRNRi turi jungtis prieš mRNR. Ir galbūt ne taip akivaizdžiai, tai taip pat paaiškina, kodėl inicijuojančio AUG vieta tiesiog apibūdinama kaip AUG kodonas, esantis arčiausiai mRNR 5′ galo (arba pirmojo aptikto AUG).

Nustačius teisingą tRNR atitiktįi su inicijuojančiu AUG kodonu, pagrindinis likęs įvykis yra pašalinti vertimo veiksnius nuo 40S subvieneto paviršiaus. Tai pasiekiama naudojant eIF5 ir eIF5B veiksmus, kurie yra susiję su dviem GTP hidrolizės įvykiais: trijų komponentų komplekso GTP hidrolize ir antruoju eIF5B hidrolizės įvykiu (6 pav.) [7-10]. Šių dviejų įvykių pakanka, kad būtų išlaisvinti kiti vertimo inicijavimo veiksniai iš 40S subvieneto ir leisti prisijungti prie 60S subvieneto. Taip gaunama 80S ribosoma, galinti pradėti daugybę baltymų biosintezės pailgėjimo etapų.

Nors atrodo, kad tai užbaigia inicijavimo kelią, vis dar yra vienas paskutinis žingsnis. Trečiame komplekse esanti GTP hidrolizė sukelia eIF2·GDP išsiskyrimą iš 40S subvieneto. eIF2 yra labai panašus į „klasikinius“ G baltymus, nes jis suriša produkto BVP maždaug 100 kartų tvirčiau nei substratas GTP (santykinis Kd vertės atitinkamai 10 -8 ir 10 -6 M ). Kad būtų išleistas BVP ir vėl susijungtų GTP, nukleotidų perdirbimo baltymas eIF2B katalizuoja eIF2 susieto BVP mainus į GTP.


Endosimbiotinės eukariotinės kilmės teorijos

Daugiau nei 100 metų endosimbiotinės teorijos galvojo apie prokariotinių ir eukariotinių ląstelių skirtumus. Literatūroje buvo pateikta daugiau nei 20 skirtingų endosimbiotinės teorijos versijų, paaiškinančių eukariotų ir jų mitochondrijų kilmę. Labai nedaugelis iš šių modelių sudaro eukariotų anaerobus. Energijos vaidmuo ir energetiniai suvaržymai, kuriuos prokariotinių ląstelių organizacija nustatė evoliucinėms naujovėms ląstelių istorijoje, neseniai tapo susiję su endosimbiozės teorija. Tik ląstelės, turinčios mitochondrijas, turėjo bioenergetinių priemonių eukariotų ląstelių sudėtingumui pasiekti, todėl nėra tikrų tarpinių perėjimų iš prokariotų į eukariotus. Dabartinės endosimbiotinės teorijos versijos teigia, kad šeimininkas buvo archeonas (archebakterija), o ne eukariotas. Taigi archejų evoliucijos istorija ir biologija vis labiau nei bet kada anksčiau atsiliepia eukariotų kilmei. Čia mes sudarėme endosimbiotinių teorijų, skirtų eukariotų ir mitochondrijų kilmei bei eukariotų branduolio kilmei, tyrimą, apibendrindami kiekvieno esminius dalykus ir palygindami kai kurias jų prognozes su stebėjimais. Atsižvelgiant į šiuos svarstymus, akcentuojamas naujas endosimbiozės aspektas eukariotų evoliucijoje: plastidų kilmės šeimininkas buvo fakultatyvus anaerobas.

1. Įvadas

Ankstyvoji evoliucija yra svarbi gyvenimo istorijos dalis, o eukariotų kilmė neabejotinai yra viena iš svarbiausių ankstyvosios evoliucijos temų, kaip patvirtina šio specialaus numerio straipsnių rinkinys. Į eukariotų kilmę galima žiūrėti įvairiais požiūriais, įskaitant paleontologinius įrodymus [1], energetiką [2], eukariotų specifinių bruožų kilmę [3,4] arba skirtingų eukariotų grupių tarpusavio ryšius [5]. . Šiame darbe bus nagrinėjama eukariotų kilmė endosimbiotinės teorijos požiūriu ir tai, kaip skirtingos endosimbiotinės teorijos versijos yra linkusios susilyginti su duomenimis, kuriuos turime apie eukariotinius anaerobus, ir su duomenimis iš genų filogenijų. Endosimbiotinė teorija turi ilgą ir įvykių kupiną istoriją, virtuoziškai apibendrinta Archibaldo knygoje [6], o kalbant apie istoriją, čia yra gera vieta išsklaidyti mitus – apie Altmanną.

Retkarčiais galima perskaityti (nors mandagiai nepateiksime pavyzdžių), kad Altmannui [7] priskiriama mitochondrijų kilmės simbiotinės teorijos idėja, tačiau tai neteisinga. Tie iš mūsų, kurie moka skaityti vokiškai ir turi 1890 m. Altmanno knygos kopiją, gali patvirtinti: 1890 m. knygoje Altmannas nesidomėjo mitochondrijomis ir nesiūlė jų simbiotinės kilmės. Savo knygoje apie „bioblastus“ jis nepaminėjo nei mitochondrijų (ir senesnio jų pavadinimo, chondriosomų), nei endosimbiozės. Altmannui viską eukariotinėse ląstelėse sudarė bioblastai, įskaitant citozolį, branduolį ir chromosomas. Jo bioblastai atitiko medžiagos cheminės organizacijos būseną, kuri buvo didesnė už molekulę, bet mažesnė už ląstelę „mažiausias organizuotos medžiagos morfologinis vienetas“ (“die kleinste morphologische Einheit der organisirten Materie') [8 p. 258]. Savo dydžiu jie gal maždaug atitiktų tai, ką šiandien vadiname makromolekuliniais kompleksais, kurių negalima pamatyti Altmanno laikų šviesos mikroskopuose. Jis taip pat išskyrė autoblastus, citoblastus, karioblastus ir somatoblastus, kurie minimi kur kas rečiau nei bioblastai. Mokslinį Altmanno traktatą simbiotinės teorijos kontekste ir kodėl negalima pripažinti, kad jis pasiūlė endosimbiotinę teoriją, galima rasti Höxtermann & Mollenhauer [8].

Simbiozės (lot. „gyvenimas kartu“) samprata, kad du skirtingi organizmai gali stabiliai egzistuoti kartu ir netgi sukelti naujo tipo organizmus, siejasi su Simono Schwendener [9], šveicarų botaniko, atradusio, kad kerpės susideda iš grybelio. ir fotosintezatorius. Vokiečių botanikas Heinrichas Antonas de Bary (1878) sukūrė terminą "Simbiozė“, kad apibūdintų šį sambūvio tipą [10]. Schimperiui [11] kartais priskiriamas endosimbiotinės teorijos atradimas, tačiau jo traktatas šia tema yra visiškai įtrauktas į išnašą, kuri verčiama taip: „Jei galima įtikinamai patvirtinti, kad kiaušialąstėse plastidai neatsiranda de novo, ryšys tarp plastidų ir organizmų, kuriuose jie yra, šiek tiek primintų simbiozę. Žalieji augalai iš tikrųjų gali atsirasti dėl bespalvio organizmo susijungimo su vienodu chlorofilo atspalviu“ [11, p. 112–113]. Tai viskas, ką jis parašė apie simbiotinės plastidinės kilmės galimybę. Tačiau sakinys, esantis iš karto po to garsiojoje Schimper išnašoje, taip pat yra reikšmingas, kaip matysime vėlesnėje ištraukoje apie Portier ir simbiotinę mitochondrijų kilmę, tai reiškia: „Pagal Reinke (Allg. Botanik, p. 62). ) chlorofilo kūnai [Chlorophyllkörner, kitas plastidų pavadinimas Schimperio laikais] gali net turėti galimybę gyventi savarankiškai. Pleosporahyphae, toliau vegetavo negyvose ląstelėse ir dauginasi dalijantis“ [11, p. 113]. Akivaizdu, kad Reinke stebėjo teršiančių bakterijų, o ne laisvai gyvenančių organelių, dauginimąsi.

Tačiau Schimperis [11,12] pasisakė už atvejį, kad plastidai dauginasi dalijantis. Tai buvo svarbu rusų biologui Constantinui Mereschkowsky, kuris savo 1905 m. straipsnyje [13], kuris buvo išverstas į anglų kalbą, tikriausiai pateikė pirmąjį nuodugniai argumentuotą atvejį, kad kai kurios ląstelės atsirado dėl tarpląstelinės dviejų skirtingų ląstelių sąjungos (endosimbiozės). 14]. Mereschkowsky [13] pasakė tris dalykus: (i) plastidai yra neabejotinai sumažintos cianobakterijos, kurios ankstyvoje evoliucijos stadijoje įsitraukė į simbiozę su heterotrofiniu šeimininku, (ii) šeimininkas, įsigijęs plastidų, pats buvo ankstesnės didesnės heterotrofinės simbiozės produktas. , ameboidinė ląstelė šeimininkė ir mažesnis „mikrokoko“ endosimbiontas, iš kurio atsirado branduolys, ir iii) augalų autotrofija yra paveldima, viso, nuo cianobakterijų [13].

Mereschkowsky schema buvo išsamiau išplėtota, bet iš esmės nepakitusi jo 1910 m. serijoje [15]: buvo dviejų rūšių grybai: tie, kurie išsivystė branduolį be endosimbiozės, ir tie, kurie kažkada turėjo plastidų, bet tapo antriniu nefotosintezės, šiandien mes juos vadiname oomicetais. , ir vis dar nėra bendro sutarimo, ar jie kada nors turėjo plastidžių, ar ne. Mereschkowsky medžio šakos retkarčiais susijungia endosimbiozės būdu, kad sukurtų iš esmės ir radikaliai naujas organizmų rūšis (pavyzdžiui, augalus) [15,16]. Modernesnė simbiozės versija ląstelių evoliucijoje turėtų apimti simbiotinę mitochondrijų kilmę, archėjos ir antrinės endosimbiozės sąvoką. Endosimbiotinės teorijos teigia, kad ląstelės evoliucijos metu susijungia viena su kita ir sukuria naujas linijas aukščiausiame taksonominiame lygmenyje. Tai nėra tokia evoliucija, kurią Darvinas turėjo omenyje, jo požiūris į evoliuciją buvo laipsniškas.

Daugelis biologų vis dar turi problemų dėl endosimbiozės sąvokos, todėl eukariotų kilmę renkasi kaip genų dubliavimosi, taškinės mutacijos ir mikromutacijos procesų produktą [17]. 2007 m. velionio Christiano de Duve'o [18] straipsnis dabar dažnai laikomas eukariotinės kilmės mikromutacijų teorijų vėliavos kotu, tačiau de Duve'as, kaip ir velionis Lynn Margulis [19], visada kategoriškai atmesdavo įrodymus, kad mitochondrijos ir hidrogenosomos yra anaerobinės. mitochondrijų formos [20,21] – turi bendrą protėvį. Jokia anaerobinė mitochondrijų forma niekada netelpa į klasikinę endosimbiotinę teoriją. Taip yra todėl, kad klasikinė (Margulio versija) endosimbiotinė teorija [19] buvo pagrįsta prielaida, kad mitochondrijų endosimbiotinės kilmės nauda buvo pagrįsta deguonies panaudojimu, o de Duve versijos žengė dar vieną žingsnį toliau ir pasiūlė, kad net endosimbiotinė mitochondrijų kilmė. peroksisomos buvo sukurtos naudojant deguonį [18]. Anaerobinės mitochondrijos niekada nebuvo minimos, o hidrogenosomos, jei jos buvo minimos, buvo aiškinamos kaip ne mitochondrijos [18, 19]. Per didelis deguonies sureikšminimas endosimbiotinėje teorijoje ir tai, kaip dėmesys deguoniui sukėlė daug painiavos dėl anaerobinių mitochondrijų formų filogenetinio pasiskirstymo ir evoliucinės reikšmės, buvo aptartas kitur [22–24].

Yra viena alternatyva klasikinei endosimbiotinei teorijai, kurioje buvo atsižvelgta į anaerobines mitochondrijas ir hidrogenosomas, vandenilio hipotezė [25], pagal kurią (i) visi eukariotai turės mitochondrijas arba antriškai jų neteks, (ii) kad mitochondrijų kilmės šeimininkas buvo archeonas, eukariotinė būsena, atsiradusi dėl mitochondrijų kilmės, ir (iii) kad aerobinės ir anaerobinės formos turėtų susijungti ant eukariotų medžio. Nors tuo metu buvo radikalus, i) prognozė pasitvirtino [26–29], taip pat ir ii) [30–32], taip pat (iii) [21, 33]. Be to, tik neseniai buvo pripažinta, kad specifinių eukariotų savybių išradimas reikalauja daugiau metabolinės energijos vienam genui, nei turi prokariotai, ir kad mitochondrijos leido eukariotų ląstelėms padidinti energijos kiekį vienam genui. pagaliau) paaiškina kodėl eukariotų kilmė atitinka mitochondrijų kilmę [2,34]. Tačiau eukariotų kilmė yra daugiau nei tik trys prognozės ir energija. Reikia spręsti branduolio kilmę [35] ir vaidmenį, kurį šiose problemose vaidina genų filogenija. Be to, yra visas simbolių rinkinys, skiriantis eukariotus nuo prokariotų (mejozė, mitozė, ląstelių ciklas, membranų srautas, endoplazminis tinklas (ER), Golgi, žvyneliai ir visi kiti eukariotams būdingi požymiai, įskaitant visą išpūstas citoskeletas – ne tik citoskeleto baltymų prokariotinių homologų aptaškymas [31]), bet čia mes sutelkiame dėmesį į endosimbiotines teorijas, o ne į protėvių bendrų eukariotų charakterių, kurių kilmė dėl energetinių priežasčių atsiranda dėl mitochondrijų kilmės, autogeninę kilmę. 34].

2. Genų medžiai, ne taip paprasta, kaip atrodo

Norėdami gauti išsamesnį eukariotų kilmės vaizdą, į paveikslėlį turime įtraukti šoninį genų perdavimą (LGT) tarp prokariotų, endosimbiozę ir genų perdavimą iš organelių į branduolį. Tai nėra taip paprasta, kaip gali atrodyti, nes tapo akivaizdu, kad atskiri genai turi individualią ir skirtingą istoriją. Taigi, norėdami susidaryti bendrą vaizdą, turėtume integruoti visus atskirus genų medžius į vieną suvestinę diagramą taip, kad būtų paimtas plastido (cianobakterijos), mitochondrijos (proteobakterijos) ir šeimininko evoliucinis giminingumas. (archeonas). To dar niekas nepadarė, nors tam tikrų bandymų ta linkme yra [36]. 2015 m. mūsų tipiškas eukariotinės kilmės vaizdas apima arba filogenetinį medį, pagrįstą vienu genu, arba, dažniau dabar, jungtinę mažo genų mėginio analizę (tarkim, maždaug 30 iš kiekvieno genomo), kuri sukuria medį, viltį. taip gautas medis reprezentuos visą genomą ir todėl turės tam tikrą nuspėjamąjį pobūdį tam, ką galime pastebėti filogenijose, viršijančių 30 genų, naudojamų medžiui gaminti. Maždaug 30 genų, dažniausiai naudojamų tokioms sujungtoms filogenezėms, dažniausiai yra ribosominiai baltymai arba kiti baltymai, dalyvaujantys informacijos apdorojime, genai, kuriuos Jimas Lake'as 1998 metais pavadino informaciniais genais [37].

Tačiau dėl endosimbiozės vaidmens eukariotų ląstelių evoliucijoje eukariotai paprastai turi du evoliuciniu požiūriu skirtingus ribosomų rinkinius (archealinės ribosomos citozolyje ir bakterinės ribosomos mitochondrijose) arba kartais tris (papildomas bakterijų rinkinys plastidėje [38]). ) ir retais atvejais keturi aktyvių ribosomų rinkiniai (dar vienas rinkinys dumbliuose, kuriuose yra nukleomorfų) [39]. „Pagrindinio genų rinkinio“ metodas visomis savo apraiškomis iki šiol teiravosi tik dėl eukariotų citozolinių ribosomų, taigi buvo žvelgiama tik į eukariotinių ląstelių istorijos archeologinį komponentą. Kai kurie iš mūsų nerimauja, kad žiūrėdami tik į genus, atspindinčius eukariotinių ląstelių archeologinį komponentą, galime daug ko prarasti, nes anksti buvo aišku, kad daugelis eukariotų genų yra kilę ne iš archėjos, o iš bakterijų ir, pagal endosimbiotinę teoriją labiausiai pagrįsta iš organelių [40, 41].

Ankstyvajame tyrime, nagrinėjančio pagrindinio genų rinkinio, kuris iš esmės, bet ne visiškai atitinka prokariotų ribosominio baltymo superoperoną, filogeniją, buvo padaryta išvada, kad suderinime esanti informacija yra problemiška dėl mažo sekos išsaugojimo. daugelis svetainių [42]. Taip pat buvo išreikštas susirūpinimas, kad 30 rinkinio genų, analizuojami atskirai, gali turėti ne tą pačią istoriją ir kad dėl to susijungimas gali būti problema [43], tačiau tai nesutrukdė bioinformatikams [44] iš naujo atrasti tą patį 30 genų rinkinį. ar panašius genus ir sukurti medį, kuris atrodė nepaprastai panašus į rRNR medį daugeliu svarbiausių aspektų, ypač eukariotų padėties atžvilgiu. Iki to laiko buvo pakankamai gerai žinoma, kad eukariotų archeologinės kilmės genai neatspindi viso genomo, jie sudaro genomo mažumą ir yra daug daugiau nei bakterinės kilmės genai [45]. Nepaisant to, dėmesys eukariotų kilmės klausimui, išskyrus keletą išimčių [46–48], buvo sutelktas į archeologinį komponentą ir tikriausiai taip išliks tol, kol nebus sukurti patobulinti metodai apibendrinti tūkstančiuose medžių esančią informaciją. priekyje.

Visada kritiškai vertindami medžių šakas, kurias sukuria filogenetiniai metodai [49], Embley ir kolegos pažvelgė į konservuotą šerdies rinkinį taikydami įžvalgesnius filogenetinius metodus [30, 50, 51] ir nustatė, kad eukariotų archeologinė sudedamoji dalis šakojasi arcėjoje. Šie nauji medžiai linkę grupuoti eukariotus su krenarcheotais, konkrečiai su TACK archėjų superfilumu [31], tuo pat metu linkę rasti archėjos šaknį tarp euriarcheotų, kartais tarp metanogenų [52].

Dabar tinkamas laikas pažvelgti į endosimbiotines teorijas ir susijusias idėjas apie eukariotų kilmę, jų branduolį ir mitochondrijas. Tai darydami remiamės ankstesnėmis temos apžvalgomis [22,53], kurių skaičiai išpopuliarėjo [31]. Kitame skyriuje apibendrinsime, ką sako įvairūs modeliai, pradedant nuo branduolio kilmės modelių, o tada pereiname prie chloroplastų ir mitochondrijų kilmės modelių.

3. Branduolys

Branduolys yra esminis eukariotų bruožas [54]. Branduolio evoliucijos teorijos paprastai yra pagrįstos (i) prokarioto plazminės membranos invaginacijomis arba (ii) archeono endosimbioze eubakterijo šeimininke arba (iii) autogenine naujos membranos sistemos kilme, įskaitant branduolinis apvalkalas daugelyje archeologinės kilmės po mitochondrijų įsigijimo. Endosimbiotinė branduolio kilmės teorija prasidėjo Mereschkowsky [13]. Jis teigė, kad branduolys išsivystė iš prokarioto (mikoplazmos), kurį apėmė ameboidinė ląstelė, homologiška eukariotų citozoliui (1 pav.a [15]).

1 pav. Modeliai, apibūdinantys eukariotų branduolio kilmę. (ao) Įvairių modelių, nurodančių branduolio kilmę, schema. Archealinės ląstelės / membranos yra pavaizduotos raudonai, o mėlyna - eubakterines ląsteles / membranas. Juodosios membranos naudojamos, kai ląstelės filogenetinė tapatybė nėra aiški arba nenurodyta. Taip pat žr. [22,53].

Cavalier-Smith teigė, kad branduolinės ir ER membranos atsirado dėl prokariotinės ląstelės plazminės membranos invaginacijų (1 pav.b [55–58]). Jis teigė, kad prokariotas iš pradžių prarado ląstelės sienelę ir taip įgijo gebėjimą fagocituoti maisto daleles. Ribosomos, pirmiausia pritvirtintos prie plazminės membranos, buvo internalizuotos, bet vis tiek prisitvirtino prie membranos, todėl pirmiausia susidaro šiurkštus ER, o iš jo - branduolinis apvalkalas. Gould & Dring [59] 1979 m. pristatė kitokį modelį, kuriame aprašė, kad gramteigiamų bakterijų endosporų susidarymas lėmė branduolio kilmę. Vienos ląstelės protoplastas dalijasi endosporų formavimosi metu taip, kad ląstelė pasiglemžia dalį savo citoplazmos, kuri vėliau tampa apsupta dviguba membrana, dėl kurios susidaro ląstelės branduolys (1 pav.c [59]). Dešimtajame dešimtmetyje buvo paskelbti keli branduolio kilmės per endosimbiozę modeliai (kartais vadinami endokariotinėmis teorijomis), tačiau tik nedaugelis remiasi pirminiu Mereschkowsky pasiūlymu. Jiems bendra tai, kad jie numato eubakterinį šeimininką, kuris apėmė archebakterinį endosimbiontą, kuris transformavosi į branduolį (1 pav.d [60,61]). Fuerst & Webb [62] pastebėjo, kad DNR gėlavandenėje eubakterijoje Gemmata obscuriglobus (-os narys Planctomyces-Pirella grupė) atrodo apsupta sulankstyta membrana, kurios struktūra, kaip manoma, primena branduolį (1 pav.e [62]). Vėlesni straipsniai buvo ne tokie atsargūs ir pavadino šią struktūrą tiesioginiu branduoliu [63] Gemmata parodė, kad vidinė membrana yra tiesiog plazminės membranos invaginacija [64], kaip buvo nurodyta anksčiau [53]. Searcy ir Hixon [65] aiškino termofilines acidofilines sierą metabolizuojančias archebakterijas, neturinčias standžios ląstelės sienelės, bet turinčias gerai išvystytą citoskeletą kaip pirminę eukariotinių ląstelių evoliucijos stadiją (1 pav.f [65]).

Lake & Rivera [66] pasiūlė endosimbiozę, kai bakterija pasiglemžė archeoną (krenarcheoną) dėl eukariotų kilmės (1 pav.g). Buvo pasiūlytas vezikulinis modelis branduolio kilmei ląstelėje, kurioje buvo mitochondrijų endosimbiontas (1 pav.h [40]). Tai lemia genų pernešimo ir bakterijų lipidų kilmės vaidmenį eukariotų endomembraninės sistemos kilmėje, o vėlesnėje formuluotėje [35] ji pateikia priežastinį ryšį tarp spliceosomų kilmės ir branduolio-citozolio skyriaus kilmės (tai aspektas išsamiau aptariamas vėlesniame skyriuje). Moreira ir López-García [67,68] modifikavo endokariotinį modelį, remdamiesi anaerobinės sintezės principu (H2-priklausomybė) už branduolio kilmę. Jie postulavo plazmos membranų susiliejimą δ-proteobakterijų aglomeracijoje, sulaikančioje metanogeninę archebakteriją, kuri išsivystė į branduolį (1 pav.i [67,68]). Plazminių membranų susiliejimas tarp laisvai gyvenančių ląstelių, kokį numato Moreira ir Lopez-Garcia [67, 68], bakterijoms nepastebėtas, tačiau žinoma, kad jis vyksta tarp archėjų [69]. Lynn Margulis pateikė dar vieną simbiogeninę branduolio kilmės teoriją. Ji pasiūlė simbiozę tarp spirochaetos ir archebakterijos be ląstelės sienelės (greičiausiai Termoplazma– kaip jos nuomone), vedantis į eukariotinį žvynelį ir branduolį (1 pav.j [19,70]). Raupų ​​virusų branduolio virusinę kilmę 2001 m. pasiūlė Bell sintrofinių konsorciumų, kuriuose dalyvauja metanogenai, kontekste (1 pav.k [71]). Horiik postulavo modelį, kuriame branduolys atsirado iš archeologinio endosimbionto (Pirokokas-patinka), kurį pasiglemžė a γ-proteobakterijos (1 pavl [72]). Taip pat ne kartą buvo pasiūlyta eukariotų kilmė (taigi netiesiogiai arba aiškiai jų branduolys) anksčiau nei prokariotai (l pav.m [73–75]). Penny teigia, kad prokariotai, kuriuos jis ir Forterre [73] kartais vadina „akariotais“ [75], atsirado iš šio eukarioto protėvio per Forterre termoredukcijos hipotezę – perėjimą į prokariotinę būseną iš eukariotų protėvių reaguojant į aukštesnę temperatūrą.

Visai neseniai citoskeleto evoliucija besidominčių mokslininkų bendruomenė nepakitusia forma atgaivino Cavalier-Smitho hipotezę apie autogeninę (nesimbiotinę) fagocituojančio amitochondrito eukarioto (archezono) kilmę per taškinius mutacijos pokyčius, dėl kurių atsiranda šeimininkas, mitochondrijos visai nereikia, kad galėtų mėgautis savo fagocitoziniu gyvenimo būdu, bet vis tiek ją įgyja (1 pav.n [76]).

Forterre'as [77] nukrypo nuo termoredukcijos ir pristatė naują endokariotinės hipotezės variantą, pagal kurį planktomicetai (PVC grupės nariai: Planctomycetes, Verrucomicrobia, Chlamydiae) įtraukiami į eukariotinę kilmę, kaip bakterijų šeimininką taumaarcho įsisavinimui. branduolį, po kurio seka retrovirusų ir nukleocitoplazminių didelių DNR virusų (NCLDV) invazijos. Pagal šią teoriją, PTV (PVC-taumarcheono-viruso) sintezės hipotezę, PVC bakterija suteikia universalių eukariotų membranų komponentų, reikalingų ir branduoliui formuotis, o taumarcheonas teikia informacinius ir veikimo baltymus bei šiuolaikinio eukariotų citoskeleto pirmtakus ir vezikulų prekybos sistema (1 pavo [77]).

Visų modelių, kurie numato planktomicetų vaidmenį eukariotų kilmės, problema yra ta, kad nėra molekulinių filogenetinių įrodymų, kurie susietų bet kokią planktomicetų liniją su eukariotais [78]. Problemų, susijusių su teorijomis, kurios išveda branduolį iš endosimbionto, yra daugybė ir jos buvo išsamiai išvardintos kitur [40] iš esmės, jos nepaaiškina, kodėl branduolinis skyrius taip iš esmės skiriasi nuo bet kurios laisvai gyvos ląstelės, žiūrint iš (i) ) biosintetinė arba ATP generuojanti fiziologija (visiškai jos nėra branduoliniame skyriuje), ii) membranos topologija (jokia laisvai gyva ląstelė nėra panašiai ribojama), iii) pralaidumas (joks prokariotinis citozolis nėra greta aplinka per poras) ir iv) dalijimasis (paviršinio homologo su plazmos membrana ištirpimas vieną kartą per ląstelių dalijimąsi eukariotuose su atvira mitoze). Endosimbiotinės plastidinės ir mitochondrinės kilmės teorijos tokių problemų neturi. Termoredukcijos hipotezės problema yra ta, kad ji nesprendžia klausimo, iš kur atsiranda eukariotai, o tik laiko jų kilmę kaip duotybę. Pripažinimas, kad bendras eukariotų protėvis turėjo mitochondriją [30, 32, 79], yra rimta problema termoredukcijos hipotezėms, nes eukariotas pirmiausia turi sukelti prokariotą (mitochondrijų protėvį), kuris reikalingas jo paties kilmei. įvykių seka, kuriai pagal nominalią vertę reikia laiko paleisti atgal. Termoredukcijos hipotezės paprastai tyli apie mitochondrijų kilmę. Labai nedaugelis branduolio kilmės modelių, galbūt tik vienas, išveda branduolį iš archeiškojo šeimininko, kuris turėjo mitochondriją. Šis modelis teigia, kad branduolinė membrana kyla iš membranų pūslelių, susidedančių iš bakterijų lipidų [40], ir nurodo būtinybę atskirti sujungimą nuo transliacijos kaip selektyvų slėgį, dėl kurio skyrius fiksavosi į nukleoplazmą ir citoplazmą [35].

Pastaruoju metu dėmesys tiek citoskeleto komponentų evoliucijai [76], tiek autogeninei (nesimbiotinei) fagocituojančios amitochondrijos eukarioto kilmei rodo problemą, kurią reikėtų paminėti. Ši teorija, kažkada vadinama archezoa hipoteze [55, 56], dabar kartais vadinama fagocitozės archeono teorija [31], numato, kad laipsniški pokyčiai lemia prokariotinį šeimininką, kuris gali atlikti visavertę eukariotų fagocitozę (gana sudėtingas procesas). Šios teorijos teigia, kad fagocitozė yra pagrindinis požymis, įgalinantis endosimbiotinę mitochondrijų kilmę. Šioms teorijoms būdinga problema yra ta, kad fagocitoziniam, primityviai amitochondriniam eukariotui mitochondrijos visai nereikia, o jei būtų tam tikras selektyvus pranašumas, eukariotai turėjo atsirasti iš prokariotų, priklausančių kelioms linijoms, nepriklausomai. Tai visada buvo vienas iš silpniausių autogeninių teorijų aspektų, be bioenergetinių aspektų [34].

4. Mitochondrijų (ir chloroplastų) kilmė

Endosimbiotinė chloroplastų ir mitochondrijų kilmės teorija vėl prasidėjo nuo Mereschkowsky [13] ir jo idėjos apie „chromatoforų“ (plastidų) ir heterotrofinės ameboidinės ląstelės simbiozę. Jis prieštaravo ortodoksiniam požiūriui, kad chromatoforai yra autogeniniai augalų ląstelių organai, jis juos laikė simbiontais, išoriniais kūnais ar organizmais, kurie patenka į šeimininko plazmą ir sukuria simbiotinį ryšį. Pats plastidų kilmės šeimininkas, jo nuomone, atsirado dėl ankstesnės heterotrofinės ameboidinės ląstelės ir „mikrokoko“ endosimbionto, dėl kurio atsirado branduolys, simbiozės (2 pav.a [13]). Palyginus tuo metu žinomus plastidų ir cianobakterijų fiziologinius ir anatominius požymius, jis padarė tam tikrą išvadą, kad endosimbiontai buvo cianobakterijos (cianobakterijos), kurios keletą nepriklausomų atvejų sudarė simbiozes su ameboidinėmis arba žiuželinėmis ląstelėmis, todėl atsirado augalų karalystė. kelios nepriklausomos kilmės. Tai yra, jis į skirtingų spalvų dumblių plastidus (raudonus, žalius, rudus, auksinius) žiūrėjo kaip į paveldėjimą iš skirtingų endosimbiontų, kurių kiekvienas turi skirtingas pigmentacijas. Nors jis klydo šiuo konkrečiu aiškinimu – šiandien plačiai sutariama, kad visų augalų ir dumblių plastidai turi vieną kilmę [80–82] – jis buvo teisus dėl endosimbiotinės, cianobakterinės plastidų kilmės.

2 pav. Modeliai, apibūdinantys eukariotų mitochondrijų ir (arba) chloroplastų kilmę. (aq) Įvairių modelių, atspindinčių mitochondrijų ir (arba) chloroplastų kilmę, schema. Archealinės ląstelės / membranos yra pavaizduotos raudonai, o mėlyna - eubakterines ląsteles / membranas. Juodos membranos naudojamos, kai ląstelės tapatybė neaiški, o žalia spalva naudojama cianobakterijų kilmės ląstelėms / membranoms. Taip pat žr. [22].

Tačiau Mereschkowsky nesugebėjo atpažinti endosimbiotinės mitochondrijų kilmės, nors fiziologinės ląstelių savybės, kurias jis paaiškino endosimbiotine branduolio kilme, šiandienos požiūriu yra mitochondrijų savybės [15]. Kaip labai aiškiai paaiškino Archibaldas [6], Portier sukūrė (prancūzų kalba) idėją, kad tarp bakterijų ir mitochondrijų yra glaudus ryšys ir kad mitochondrijos dalyvauja daugelyje ląstelių procesų. Tačiau kaip ir Schimperis savo išnašoje apie plastidus, kurias išvertėme aukščiau, Portier pasiūlė, kad mitochondrijos galėtų būti auginamos už jų šeimininko ląstelių ribų, ir tai sukėlė negailestingą jo amžininkų kritiką [6]. Akivaizdu, kad tiek Reinke (kaip minėta Schimperio išnašoje, kurią išvertėme aukščiau), tiek Portier stebėjo teršiančių bakterijų, o ne laisvai gyvenančių organelių, dauginimąsi. Wallin [83] toliau plėtojo endosimbiotinę teoriją mitochondrijoms anglų kalba. Jis pripažino, kad šios organelės yra endosimbiotinių bakterijų palikuonys, tačiau liko labai neaišku, kokia buvo jo idėja apie šeimininką (2 pav.b [83]). Kaip ir Portier, jis manė, kad mitochondrijų auginimas už šeimininko ribų yra įmanomas. Tačiau jis turėjo omenyje genų perkėlimo iš organelių į branduolį koncepciją: „Tačiau atrodo logiška, kad tam tikromis aplinkybėmis [...] bakteriniai organizmai gali sukurti absoliučią simbiozę su aukštesniu organizmu ir vienu ar kitu būdu padaryti įspūdį naujas charakteris apie paveldimumo veiksnius. Paprasčiausias ir lengviausiai įsivaizduojamas mechanizmas, kuriuo vyksta pakitimai, būtų naujų genų pridėjimas prie chromosomų iš bakterijų simbionto“ [84, p. 144].

Atspausdinta, ląstelių biologai atmetė endosimbiotinę teoriją XX amžiaus 20-ajame dešimtmetyje ir aštuntajame dešimtmetyje. Keletas žymių paminėjimų buvo (i) iš Wilsono [85], kuris rašė (p. 738–739) „Mereschkowsky (10), linksmai fantazuodamas, sukūrė hipotezę“ … „Tolimesniuose Mereschkowsky vaizduotės skrydžiuose“ , (ii) iš Buchnerio [86] (p. 79–80), kuris aptarė endosimbiotinę teoriją skyriuje „Irrwege der Symbioseforschung“ (vertimas: Simbiozės tyrimai nuklydę) ir (iii) iš Lederbergo [87], kuris spėjo (p. 424): „Neturėtume būti pernelyg aiškūs, supainiodami galimybes su tikrumu. Galbūt kai kurių šioje apžvalgoje pateiktų idėjų nešvankumą lemia nekritiškas jų perdėtas teiginys, pavyzdžiui, Famintzin-Merechowsky teorija apie chloroplastų iš cianofitų filogeniją (28, 126) arba mitochondrijų tapatumas su laisvai gyvenančiais. bakterijos (198)“.

Endosimbiotinę teoriją 1967 m. iš naujo išpopuliarino Lynn Sagan (vėliau Margulis) [88], ji taip pat paminėta labai įdomiame Goksøyro straipsnyje [89]. Kiek galime pasakyti, tai buvo pradiniai endosimbiotinės teorijos pasiūlymai, kad ir chloroplastai, ir mitochondrijos yra kilę iš endosimbiontų, bet iš atskirų endosimbiontų.Goksøyr pasiūlė evoliucinį mitochondrijų vystymąsi, o vėliau, nepriklausomoje simbiozėje, chloroplastus iš prokariotinių formų per koenocitinį ryšį, kai anaerobiniai prokariotai (greičiausiai vienos rūšies) susiliečia be ląstelių sienelių (2 pav.c [89]). Šių ląstelių DNR susikaupė aglomerato centre, iš endoplazminio tinklo susidarė branduolinė membrana, sukurianti anaerobinę eukariotinę ląstelę. Aerobiniai eukariotai siejami su endoląsteliniu simbiotiniu anaerobinių eukariotų ir aerobinių prokariotų ryšiu, kurie atsirado atmosferoje prisodrinus deguonies. Vėliau aerobinis prokariotas prarado autonomiją ir tapo mitochondrija kartu su genų perkėlimu į šeimininko branduolį. Primityvios cianobakterijos įsisavinimas, vėl susijęs su genų perkėlimu į branduolį, paskatino fotosintetinius eukariotus. Goksøyras padarė prielaidą, kad koenocitinės sistemos keletą kartų atsirado iš skirtingų prokariotų formų, todėl eukariotų kilmė yra ne monofilinė [89]. Goksøyro darbe yra tik viena nuoroda – į 1964 m. Stanier publikaciją, ir neminima senesnė simbiotinė literatūra.

Lynn Sagan atgaivino idėją apie prokariotinius mitochondrijų ir chloroplastų protėvius ir išplėtė idėją įtraukdama spirochaetinę žvynelių kilmę [88]. Antrame savo 1967 m. dokumento puslapyje, kurį, kaip buvo pranešta, atmetė 15 skirtingų žurnalų [90], ji teigia: „Nors šios idėjos nėra naujos...“, remdamasi 1910 m. Mereschkowsky straipsniu [15], nors Mereschkowsky nepasirodo. jos 1970 m. išleistos knygos [91] bibliografijoje. Ji pasiūlė eukariotų kilmę iš prokariotų sieti su didėjančia fotosintetinių prokariotų laisvo deguonies gamyba ir didėjančia deguonies dalimi atmosferoje. Jos šeimininkas buvo heterotrofinis anaerobinis prokariotas (galbūt panašus į Mikoplazma), kurio citoplazmoje buvo prarytas aerobinis prokariotinis mikrobas (protomitochondrija), dėl kurio išsivystė aerobinis ameboidinis organizmas, kuris vėliau įgijo spirochetą, todėl susidarė eukariotinis žvynelis (2 pav.d [88] vėlesnėse jos versijose ši įvykių tvarka buvo pakeista). Ji pavaizdavo plastidų evoliuciją kaip keletą skirtingų fotosintetinių prokariotų (protoplastidų – išsivystė iš deguonį vartojančių prokariotų, homologiškų cianobakterijoms) heterotrofiniai pirmuonys (2 pav.d [88]).

Priešingai Marguliui, de Duve'as [92] nurodė, kad primityvus fagocitas, simbiotiškai priėmęs skirtingų tipų mikroorganizmus, buvo primityvus aerobas, kuris ankstyvosios evoliucijos metu išliko priklausomas nuo vandenilio peroksido sukelto kvėpavimo, susiformavęs prarandant ląstelės sienelę ir membranos invaginacijos procesų evoliucija (endocitozė) primityvus fagocitas, kurio pagrindinė (aerobinė) kvėpavimo organelė yra peroksisomos. Šis amitochondrijas, peroksisomas turintis organizmas vėliau tapo aerobinės bakterijos, turinčios oksidacinį fosforilinimą, šeimininku, mitochondrijų protėviu (2 pav.e [92]). Stanier pasiūlė anaerobinį, heterotrofinį šeimininką chloroplastų evoliucijoje [93] ir chloroplastų kilmę nurodė anksčiau nei mitochondrijos, teigdamas, kad kadangi mitochondrijos naudoja deguonį, o eukariotų kilmė vyko anaerobiniais laikais, pirmiausia turėjo būti pakankamas ir nuolatinis deguonies šaltinis, kol mitochondrijos galėjo išsivystyti (2 pavf [93]).

Aštuntojo dešimtmečio pradžioje buvo didelis pasipriešinimas simbiozės koncepcijai ląstelių evoliucijoje. Raff & Mahler [94] pateikė alternatyvų, nesimbiotinį mitochondrijų kilmės modelį, siūlydamas, kad protoeukariotas buvo pažangi, heterotrofinė, didelio dydžio aerobinė ląstelė, kuri padidino kvėpavimo membranos paviršių, pasiektą vidinės invaginacijos dėka. ląstelės membrana, kuri vėliau suformavo su membrana susietas pūsleles, išsiliejusias iš kvėpavimo membranos ir sukuriančias uždarus kvėpavimo organelius, kurie vėliau įgauna išorinę membraną (skyrybos, 2 pav.g [94]). Bogorad [95] aprašė klasterio klono hipotezę, susijusią su eukariotinių ląstelių kilme iš nedalytų vienos ląstelės. Jis pasiūlė, kad ląstelės genomas suskaidytų į genų grupes (atstovaujančias naujam genomui), po to aplink kiekvieną genų klasterį susidarytų membrana, kad būtų sukurta viena ar daugiau genų turinčių struktūrų, iš kurių išsivystė branduoliai, mitochondrijos ir chloroplastai (2 pav.h [95]). Cavalier-Smith [96] paaiškino chloroplastų ir mitochondrijų kilmę cianobakterijų tilakoidų susiliejimu ir restruktūrizavimu. Plastidai atsirado dėl fotosintetinių tilakoidų ir mitochondrijų restruktūrizavimo, atitinkamai restruktūrizuojant kvėpavimo takų tilakoidus (2 pav.i [96]). Nors dėl molekulinės evoliucijos tyrimų nesimbiotiniai plastidų ir mitochondrijų kilmės modeliai beveik nebeveikia [97], skepticizmas dėl endosimbiotinės teorijos yra gilus. Andersonas ir kt. [98] savo publikacijoje apie žmogaus mitochondrijų DNR padarė išvadą, kad dėl duomenų „sunku daryti išvadas apie mitochondrijų evoliuciją“. Tam tikra endosimbiozės forma, apimanti primityvios eukariotinės ląstelės kolonizaciją kvėpuojančiu į bakterijas panašiu organizmu, yra patraukli hipotezė, paaiškinanti mitochondrijų kilmę. Tačiau endosimbiontas galėjo būti ne labiau susijęs su dabartiniais prokariotais, nei su eukariotais“ [98, p. 464].

Aštuntajame ir devintajame dešimtmečiuose buvo sukurti kiti eukariotų kilmės modeliai, kurie nepateikti 2 paveiksle. John & Whatley [99] pateikė labai aiškų simbiotinį mitochondrijų kilmės modelį su anaerobiniu, fermentuojančiu, mitochondrijų neturi „protoeukarioto“ kaip laisvai gyvenančios aerobiškai kvėpuojančios bakterijos šeimininko (panašaus į Paracoccus denitrificans), sukelia mitochondrijas, kuriose šeimininko kilmė vėlgi nėra sprendžiama. Woese [100] pripažino, kad archebakterijos gali būti susijusios su šeimininko linija endosimbiotinėje teorijoje, tačiau jo mitochondrijų kilmės modelis pasiūlė mitochondrijų kilmę ankstyvoje Žemės istorijoje, kai atmosfera buvo anaerobinė, kad mitochondrijos gali kilti iš iš pradžių fotosintezės. organelės, kurios įgijo deguonies kvėpavimo gebėjimą, tapusios endosimbiontu [100].

1980 m. ir van Valen, ir amp Maiorana (2 pavj [101]) ir Doolittle [102] įtraukė archebakterijas į endosimbiozės kontekstą, o tai rodo, kad tai yra mitochondriją įgijusio šeimininko seserinės grupės. Margulis [103] pakoregavo savo endosimbiotinės teorijos versiją, kad atitiktų archėjos atradimus, tačiau ji išlaikė simbiotinę (spirochaetinę) žvynelių kilmę.

Vandenilio hipotezė kelia anaerobinę sintrofiją kaip ekologinį kontekstą, jungiantį anaerobinės, griežtai nuo vandenilio priklausomos ir autotrofinės archebakterijos kaip šeimininko simbiotinį ryšį su fakultatyviai anaerobine heterotrofine eubakterija, kaip endosimbiontu (2 pav.k [25]). Tai apima protėvių mitochondriją, kuri gali naudoti savo elektronų pernešimo grandinę arba mišrią rūgštį (H2fermentacijos, todėl ji tiesiogiai priklauso nuo bendrų mitochondrijų ir hidrogenosomų protėvių bei tarpinių formų tarp jų – anaerobinių mitochondrijų [21]. Vellai ir Vida modelis [104] veikia su prokariotiniu šeimininku mitochondrijų kilmei (2 pav.l), kaip ir Searcy sieros ciklo teorija (2 pavm [105]), tačiau nei viena, nei kita neatsižvelgia į hidrogenosomas ar anaerobines mitochondrijas.

López-García ir Moreira [68] pasiūlė evoliucinį mitochondrijų kilmės scenarijų, kuris taip pat apima endosimbiotinę branduolio kilmę. Jų modelis taip pat yra sintrofinė simbiozė, kurią sąlygoja tarprūšinis vandenilio pernešimas tarp griežto anaerobinio, metanogeninio archeono, tapusio branduoliu, ir fermentuojančios, heterotrofinės, vandenilį gaminančios protėvių miksobakterijos (δ-proteobakterijos) [68], kurios buvo jos šeimininkas. mitochondrijų protėvis (an α-proteobakterija) buvo apsupta sintrofinės poros, dėl kurios atsirado privaloma (endo) simbiotinė stadija su metaboliniu skyrimu kaip selektyvia jėga, kad būtų išvengta priešingų anabolinių ir katabolinių takų trukdžių. Po to, kai mitochondrija buvo stabilizuota, metanogenezės praradimas sukėlė proto-eukariotų stadiją, kurioje archealinis endosimbiontas tapo branduoliu (2 pav.n [68]).

Fagocituojančio archeono teoriją pasiūlė Martijn & Ettema [106], kuri teigia, kad yra archeonas (greičiausiai priklausantis TACK superfilumui) ir α-proteobakterija (proto-mitochondrija). Archeonas pirmiausia fagocitotiškai paėmė įvairių formų kitas prokariotines ląsteles ir jas suvirškino, todėl įvyko genų perkėlimas, todėl pažymime, kad fagocitozė nėra reikalinga genų perdavimui tarp prokariotų. Siekiant apsaugoti jo genetinę medžiagą nuo tokio „užteršimo“, invaginacijos būdu buvo suformuota membrana (branduolinis apvalkalas), dėl kurio atsirado primityvus kariotinių ląstelių tipas. Tuo metu buvo apimta α-proteobakterija, sukurianti endosimbiotinę sąveiką su šeimininku, dėl kurios atsirado protomitochondrijų ląstelių tipas (2 pav.o [106]). Šis modelis, turintis nemažai bendro su Cavalier-Smith modeliu [57], nes eukariotinių ląstelių sudėtingumo (fagocitozės ir branduolio) kilmė yra ankstesnė už mitochondrijų kilmę, o tai dėl energetinių priežasčių mažai tikėtina [34]. Grey [107] neseniai pasiūlė hipotezę prieš mitochondriją, kurioje neatsižvelgiama į eukariotų kilmę, bet daroma prielaida, kad šeimininkas jau buvo daugiau ar mažiau eukariotinis, be to, darant prielaidą, kad šeimininkas buvo aerobinis prieš mitochondrijų atsiradimą. pabrėždamas, kaip ir de Duve'as ir Margulis [18,19], deguonį endosimbiotinėje teorijoje. Prieš mitochondrijų kilmę buvo ATP suvartojantis „skyrius“, priešmitochondrija, tikriausiai apsupta vienos membranos (šiuo klausimu jis nėra aiškiai nurodytas), kuris pavirto mitochondrijomis, kai jos baltymai buvo nukreipti į Riketsija- panašus į α-proteobakterinį endosimbiontą (2 pavp [107]). Hipotezė prieš mitochondriją nekalbama apie eukariotų archeologinių komponentų kilmę, apie branduolio buvimą ar nebuvimą šeimininke ir apie anaerobines mitochondrijų formas.

Galbūt naujausias eukariotinės ląstelės ir mitochondrijų kilmės modelis yra David & Buzz Baum teorija iš vidaus [108]. Jie teigė, kad didėjantis glaudus abipusis ryšys tarp archealinio šeimininko (eocito) ir epibiotinės α-proteobakterijos (proto-mitochondrijos), kuri iš pradžių gyveno ląstelės šeimininkės paviršiuje, lėmė eukariotų kilmę. Ląstelė-šeimininkė pradėjo formuoti išsikišimus ir dėmių padidėjimus, kad pasiektų didesnį simbiotinių partnerių kontakto plotą, todėl susidaro išorinė branduolio membrana, plazmos membrana ir citoplazma, o tarpai tarp pūslių sukūrė ER. Iš pradžių simbiontai buvo įstrigę ER, bet prasiskverbė į ER membraną, kad evoliucijos metu lokalizuotųsi citozolyje (2 pav.q [108]).

Šis skyrius parodė, kad buvo daug galvojama apie tai, kaip mitochondrijų endosimbiontas galėjo patekti į savo šeimininką. Daugelis teorijų teikia pirmenybę fagocitozei ir bakterijų grobuoniui, nes tai yra esminis žingsnis, leidžiantis simbiontui patekti į šeimininką. Iš tikrųjų plėšrūnas yra labai plačiai paplitęs tarp bakterijų [109], tačiau jis niekada neapima fagocitozės, o Bdellovibrio- kaip įsiskverbimo mechanizmai, gebėjimas, išsivystęs daugelyje nepriklausomų bakterijų linijų, įskaitant Micavibrio, ir manoma, kad tai galėjo turėti įtakos mitochondrijų kilmei [110, 111]. Tačiau dėl plėšrūnų, nesvarbu, ar tai susiję su fagocitoze, ar bakterijų plėšikavimu, mitochondrijos atrodo kaip virškinimo sutrikimų likučiai. Endosimbiozė ir organelių kilmė nėra susijusi su virškinimu. Mikrobų simbiozė, procesas, dėl kurio atsirado bioenergetinės organelės, yra apie chemiją.

5. Anaerobai ir mitochondrijų kilmė prokariotiniame šeimininke

Endosimbiotinė teorija tradiciškai grindžiama lyginamoji fiziologija (pagrindinė anglies ir energijos apykaita). Tai galioja Mereschkowsky [13,15], Margulio 1970 m. formuluotei [91], Johno ir Whatley versijai [99] ir van Valeno bei Maioranos versijai [101]. Vienintelė endosimbiotinės teorijos formuluotė, kuri tiesiogiai atspindi anaerobines mitochondrijas ir (daugiausia nuo filogenezės nepriklausomą) anaerobų pasiskirstymą visose pagrindinėse eukariotų grupėse ir naudoja tą patį mažą fermentų rinkinį, pagrindžiantį jų anaerobinius ATP sintezės kelius [21], yra vandenilis. hipotezė, kuri taip pat pagrįsta lyginamojoje fiziologijoje.

Pirmiau pateiktos teorijos turi skirtingas stipriąsias ir silpnąsias puses. Mūsų tikslas nėra ginti juos visus ar juos visus kritikuoti. Vietoj to, mes norime sutelkti dėmesį į vieną iš jų, tą, kuris sudaro anaerobus. Teorijos turėtų pateikti patikrinamas prognozes šiuo atžvilgiu, vandenilio hipotezė [25] pasiteisino gana gerai. Teigiama, kad mitochondrijų kilmės šeimininkas (toliau – šeimininkas) buvo archeonas, o ne eukariotas, toks požiūris dabar yra aktualus [30, 31]. Numatyta, kad jokie eukariotai nėra primityviai amitochondriniai. Šis požiūris dabar yra įprasta išmintis šiuo klausimu [28, 30, 32, 33], nors kai buvo pasiūlyta, ji toli gražu nebuvo įprasta išmintis. Kitos teorijos galiausiai sukūrė tą pačią prognozę dėl mitochondrijų visur, tačiau nebuvo aiškios apie tokius organizmus kaip Entamoeba, Giardija ir mikrosporidijos, kuriose nėra nei kvėpuojančių mitochondrijų, nei fermentuojančių hidrogenosomų ir vėliau buvo nustatyta, kad jose yra reliktinių organelių, kurios buvo žinomos kaip mitosomos [26, 27, 112–114]. Vandenilio hipotezė tiesiogiai nenumatė mitosomų egzistavimo, tačiau aiškiai numatė, kad tokie organizmai kaip Entamoeba ir Giardija redukcijos būdu yra gaunami iš organizmų, kurie turėjo tą patį endosimbiontą, kuris sukėlė mitochondrijas ir hidrogenosomas. Tai taip pat aiškiai numatė chimerinį eukariotų genomų pobūdį [32], kurie iki dešimtojo dešimtmečio pabaigos turėjo atstovauti grynai archeologinei linijai [115].

Teigiama, kad šeimininko ir simbionto sąveikos pobūdis prasidėjus mitochondrijų simbiozei vandenilio hipotezėje yra anaerobinė sintezė, o šeimininkas yra H.2- priklausomas archeonas, simbiontas yra fakultatyvus anaerobas, kuris galėjo kvėpuoti esant O2, arba atlikti H2-gaminti fermentaciją anaerobinėmis sąlygomis. Tai pavaizduota 3 paveikslea metanogenezės, metabolinio modelio, kuriuo buvo grindžiama hipotezė, pavyzdys, tačiau akivaizdu, kad yra daug H2-priklausomą archėjų, ir buvo aiškiai nurodyta, kad bet koks griežtai H2priklausomas šeimininkas tiktų [25]. Tai yra vandenilio hipotezės stiprybė, nes jo šeimininkui iš tikrųjų reikia mitochondrijų simbionto. Tai netinka jokiai kitai endosimbiotinės teorijos versijai. Buvo pasiūlyti variantai, kurie skatina anaerobinę sintrofiją, kad branduolys būtų gautas per endosimbiozę [67, 68, 118], tačiau jie nekelia metabolinio poreikio ar reikalavimo, kad eukariotų kilmės mitochondrijos įsitrauktų. Visose endosimbionto hipotezės versijose, kuriose yra heterotrofinis šeimininkas, šeimininkui nereikia jo (mitochondrijų) endosimbionto.

3 pav. Mitochondrijų kilmė prokariotiniame šeimininke. (ah) Įvairių etapų iliustracijos, kuriose vaizduojamas H perėjimas2-priklausomas archeologinis šeimininkas (raudona spalva) ir fakultatyviai anaerobinis α-proteobakterija (mėlyna spalva) į eukariotą. Taip pat žr. [25,34,35] apie šį perėjimą ir [116,117] apie genų perdavimą iš organelių į branduolį.

Anaerobinė sintrofija (H2-pernešimas) yra šeimininko ir simbionto asociacijos metabolinis kontekstas, dėl kurio šeimininkai linkę glaudžiai sąveikauti su savo simbiontais ir prie jų laikytis (3 pav.b), panašiai kaip simbiotinės asociacijos tarp metanogenų hidrogenosomose anaerobinių blakstienų citozolyje [119]. Tai iš esmės gali sukelti tokią situaciją, kaip parodyta 3 paveiksle, kai prokariotiniame (archėjiniame) šeimininke yra prokariotinis (bakterinis) simbiontas. Tai buvo gana radikalus teorijos pasiūlymas, nes joje fagocitozė nebuvo nurodyta kaip endosimbiontų patekimo mechanizmas, o šis aspektas sulaukė nuožmios Cavalier-Smitho kritikos [57]. Tuo tarpu prokariotų, kurie tapo stabiliais endosimbiontais kituose prokariotuose, pavyzdžiai buvo gerai ištirti [120, 121]. Tuose pavyzdžiuose prokariotai šeimininkai tikrai nėra fagocitiniai, todėl fagocitozė aiškiai nėra būtina sąlyga tarpląstelinei simbiozei sukurti. Be jokios abejonės, fagocitozė labai padidina endosimbiontų įsitvirtinimo dažnį eukariotinėse ląstelėse [122], tačiau, ypač, nė vienas iš tų daugybės fagocitozės priklausomų bakterijų simbiozės atvejų niekada nesukėlė nieko, panašaus į antrąją mitochondrijų kilmę. Atvirkščiai, buvo aprašyta bakterinė ir archeinė simbiotinė asociacija, kuri fiziologijos, metabolizmo ir genų perdavimo krypties požiūriu aiškiai primena antrąją eukariotų kilmę, ir sukėlė haloarchėjų [123, 124].

H2Priklausomas šeimininko pobūdis sukelia keistą situaciją fazėje, pavaizduotoje 3 paveikslec. Norėdami sukurti H2 šeimininkui simbiontas reikalauja sumažintų organinių junginių (fermentuojančių organinių substratų), tačiau šeimininkas yra griežtas autotrofas ir negali jų aprūpinti daugiau nei savo poreikių, nes H2-priklausomi autotrofai gyvena iš dujų ir neimportuoja redukuotų organinių junginių. Taigi ši simbiozės fazė yra nestabili, nes simbiontas galiausiai sunaudos šeimininko citozolį. Kad simbiozė išliktų, arba šeimininkas turi išrasti organinių medžiagų importuotojus, arba simbionto jau egzistuojantys importuotojams skirti genai perkeliami į šeimininko chromosomas ir gali būti ten ekspresuojami, o bakterijų importuotojai turi veikti archeinėje membranoje, kas tinka haloarchėjoms [123]. Genų perkėlimas gali būti susijęs tik su retkarčiais endosimbionto lize, kaip ir šiandien vykstant endosimbiotiniam genų perkėlimui (genų perkėlimui iš organelių į branduolį) eukariotuose [117], išskyrus tai, kad šiame simbiozės etape šeimininkas vis dar yra archeonas. ir neturi branduolio, nors dvišalė ląstelė turi bakterinį endosimbiontą ir prasidėjo genų perkėlimas iš simbionto į šeimininką (3 pav.d).

Tačiau anglies importuotojų ekspresija šeimininko membranoje problemos visiškai neišsprendžia, nes vandenilio hipotezė teigia, kad šeimininkas buvo autotrofas, todėl jo anglies metabolizmas buvo specializuotas anaboliniuose keliuose.Geras tokios fermentinės specializacijos pavyzdys yra bifunkcinė fruktozės 1,6 bisfosfato aldolazė/bisfosfatazė, kuri būdinga archeologiniams autotrofams [125], tačiau jos visai nėra eukariotuose, tačiau daugelis kitų archeologiniams specifinių cukraus-fosfato (ir nefosfato) fermentų pavyzdžių. cukraus) metabolizmas yra žinomas [126,127]. Taigi, arba šeimininko anabolinio metabolizmo fermentai turi įgyti po vieną taškinę mutaciją, pakaitalus, reikalingus, kad anglies metabolizmas vyktų atgal, arba, labiau tikėtina ir greičiau pasiekiama, taip pat išreiškiami simbionto heterotrofinio anglies metabolizmo genai. šeimininko chromosomose. Kaip ir importuotojų atveju, tai taip pat apima tiesioginį endosimbiotinį genų perkėlimą, be baltymo produkto nukreipimo į donoro simbiontą, tik ekspresiją archealiniame citozolyje.

Šis perkėlimas atlieka įvairius svarbius dalykus. Pirma, jis leidžia anglį nukreipti į simbiontą, kad jis galėtų gaminti H2 fermentacijos būdu, kad patenkintų šeimininką. Antra, ji suteikia heterotrofiją šeimininko skyriui (citozoliui), bet tik tuo atveju, jei visas simbionto glikolitinis kelias yra sėkmingai perkeltas (fermentiniai žingsniai iki piruvato), nes pirmasis grynasis ATP prieaugis glikolizės metu yra piruvate. kinazės žingsnis. Trečia, jei taip nutinka, tai tiesiogiai lemia eukariotinių glikolitinių fermentų (išskyrus enolazę: [128]) bakterinę kilmę. Jokia kita endosimbiotinės teorijos formuluotė nepatvirtina pastebėjimo, kad eukariotai, nors jų ribosomos kilusios iš archėjų, iš tikrųjų turi bakterijų glikolitinį kelią, o kitoms endosimbiotinės teorijos versijoms tai net nėra paaiškinimas.

Ketvirta, ir visai netikėtai, selektyvus spaudimas, susiejantis du partnerius nuo pat pradžių ir pasirinkęs importuotojų bei glikolizės perkėlimą į pagrindinį skyrių, buvo šeimininko priklausomybė nuo H.2 paleisti anglies ir energijos apykaitą. Tačiau heterotrofinio anglies srauto genų ekspresija šeimininko skyriuje aprūpina jį sumažintomis anglies rūšimis ir ATP ir nebėra jokio selektyvaus spaudimo išlaikyti šeimininko autotrofinį gyvenimo būdą, kuris būtinai turės įtakos membranos bioenergetikai, nes visi autotrofai priklauso nuo chemiosmozės. sukabinimas. Dėl to šeimininkas gali atsisakyti savo autotrofijos, jis tapo heterotrofu su chimerinėmis chromosomomis, turinčiomis archeologinius ir bakterinius genus, ir archeines ribosomas bei glikolizę citozolyje. Be to, citozolyje yra fakultatyviai anaerobinis bakterinis endosimbiontas su kvėpavimo grandine ir H.2- fermentacijos gamyba (3 pavd), kurie vėl ir vėl gali paaukoti visą genomo vertę bakterijų genų, pakeisdami daugelį vietinių archeologinių būdų bakterijų atitikmenimis ir taip transformuodami archeoną iš vidaus. Dalis šios transformacijos apima bakterijų lipidų sintezės sukūrimą (3 paveiksle pažymėta mėlyna spalva), nors archeinis lipidų sintezės kelias (mevalonato kelias) buvo išsaugotas eukariotuose [129], jis naudojamas ne tik izopreno eterio lipidų sintezei. , veikiau jis naudojamas izoprenams apskritai, pavyzdžiui, cholesteroliui (kuriam reikia tik pėdsakų, ty nemolinio deguonies kiekio [130]), arba hidrofobinėms chinono uodegoms arba dolicholo fosfatui.

Genų perkėlimas iš simbionto į šeimininką neša kai kuriuos lemtingus autostopininkus – savaime susiliejančius II grupės intronus. 3 paveiksle jos nurodytos kaip rankos formos simbionto genomo struktūros. II grupės intronai yra svarbūs, nes manoma, kad jų perėjimas į spliceosominius intronus nulėmė branduolio kilmę [35]. Kaip tai? II grupės intronai atsiranda prokariotų genomuose [131, 132], jie yra mobilūs, gali išplisti į daug kopijų kiekviename genome [133] ir pasišalina savaiminio susijungimo mechanizmu, kuris apima introno koduojamą maturazę [134]. Jų sujungimo mechanizmas yra panašus į spliceosomų intronų pašalinimo mechanizmą [135], todėl ilgą laiką jie buvo laikomi abiejų (i) spliceosominių intronų ir (ii) jų giminingų snRNR pirmtakais susijungimo spliceosomoje: vienas „pagrindinis“ intronas genomas galėtų užtikrinti visas būtinas sujungimo funkcijas invert II grupės intronai gali išsigimti ir tapti priklausomi nuo vert funkcionuoja ir tokiu būdu tampa mažais elementais, turinčiais konservuotų likučių tik sujungimo vietose ir lariato A vietoje.

Branduolinės kilmės splaisingo hipotezės esmė [35] yra tokia: intronai pateko į eukariotų liniją per genų perdavimą iš mitochondrijų endosimbionto į archeinį šeimininką (3 pav.d), kur jie vėliau išplito į daugelį šeimininko chromosomų vietų (3 pave). Tai įrodo pastebėjimas, kad maždaug pusė eukariotų genų intronų yra senoviniai, esantys tose vietose, kurios yra išsaugotos skirtingose ​​eukariotų linijose, o tai rodo jų buvimą bendrame eukariotų protėvyje [35]. Kai jie pradeda pereiti prie spliceosominių intronų, susidaro keista situacija: sujungimas yra lėtas, maždaug minučių per introną [136], o transliacija greita, maždaug 10 peptidinių jungčių per sekundę. Prasidėjus perėjimui prie spliceosominių intronų, šeimininko citozolis vis dar buvo prokariotinis skyrius, nes vyko kotranskripcijos transliacija, o aktyvios ribosomos sintezuoja baltymus besiformuojančiuose transkriptuose (3 pav.f). Tai nėra problema II grupės intronams, kurie naudoja savo maturazę iš vieno ribosomos praėjimo, kad blokuotų mRNR 5′ galą, kol intronas bus pašalintas. Tačiau dėl visiškai išsivysčiusių spliceosomų kilmės (3 paveiksle simbolizuojami kaip purpuriniai hanteliaig) pereinant prie spliceosominio sujungimo, atsirandantys nuorašai išverčiami prieš juos sujungiant. Tai reiškia, kad intronai yra verčiami, todėl vienu metu šimtuose lokusų atsiranda defektų genų ekspresija, o tai neabejotinai mirtina šeimininko būklė, nebent būtų nedelsiant ištaisyta. Yra daugybė šios problemos sprendimų, be nesąmonės sukelto skilimo (nmd) atsiradimo, eukariotams būdingos mašinos, atpažįstančios ir inaktyvuojančios intronų turinčias mRNR [137].

Vienas iš sprendimų būtų tiesiog pašalinti visus intronus iš chromosomų. Taip neatsitiko, nes daugelis intronų pozicijų yra senos [138,139]. Kitas sprendimas būtų išrasti spliceosomą, kuri būtų daug greitesnė už ribosomas, bet tai beveik kaip prašyti stebuklo, nes šiuolaikinė spliceosoma turėjo daugiau nei milijardą metų, kad patobulintų savo funkciją, tačiau ji netapo greitesnė. Kitas sprendimas būtų fiziškai, vadinasi, erdvėlaikiu, atskirti lėtą sujungimo procesą nuo greito vertimo proceso, kad pirmasis galėtų būti baigtas prieš pradedant antrąjį. Atskyrimas ląstelėse paprastai apima membranas, ir tai yra pagrindinis principas sujungimo hipotezė: pradinis slėgis, dėl kurio buvo atrinkta branduolinė membrana, buvo pašalinti aktyvias ribosomas iš aktyvaus chromatino (3 pav.h), leidžiantį lėtam sujungimo procesui baigtis aplink chromosomas ir taip iš pradžių leidžiant distalinę difuziją, vėliau specifinį apdorotų mRNR eksportą į citozolį transliacijai [35]. Branduolinių porų kompleksas tarpininkauja baltymų ir mRNR perkėlimui tarp citozolio ir branduolio. Branduolinių porų kompleksinių baltymų ir baltymų, sudarančių branduolį, lyginamoji genomika rodo, kad daugelis iš jų dalijasi domenais su archeologiniais ir bakteriniais baltymais [140, 141].

Šiuo požiūriu branduolio kilmė žymi tikrai naujo ląstelės skyriaus – ne paties branduolio, o eukariotų citozolio – kilmę, kurioje nėra aktyvaus chromatino, kur vyksta baltymų ir baltymų sąveika, o ne baltymų ir DNR sąveika. signalizacijos ir reguliavimo srityje, ir kur baltymai gali spontaniškai agreguotis ir sąveikauti taip, kad sukurtų naujas struktūras ir funkcijas, įskaitant tikrąjį citoskeleto ir membranų srauto procesus, kurie skiria eukariotus nuo prokariotų. Įdomi šio modelio savybė branduolio kilmei yra ta, kad eukariotai turi turėti branduolinę membraną tik tada, kai jie išreiškia genus, o tai tiesiogiai rodo kitą labai keistą (ir labai neįvertintą) charakterį, skiriantį eukariotus nuo prokariotų: prokariotai ekspresuoja. jų genai nuolat vyksta ląstelių dalijimosi metu, o eukariotai sustabdo visų savo genų ekspresiją prieš chromosomų pasiskirstymą ir ląstelių dalijimąsi. Mums tai rodo evoliucinį ryšį tarp nuo splaisingo priklausomos branduolio kilmės sujungimo, viso genomo genų slopinimo mechanizmų [142], kurie paprastai apima chemines chromatino ir histonų modifikacijas, ir eukariotinių ląstelių ciklo kilmės. .

Šis įvykių rinkinys veda į dvišalę langelį (3 pavh) (i) kuriam reikalingas branduolys, kad galėtų išreikšti genus, (ii) kuris išlaikė archeines ribosomas citozolyje kaip šeimininko liekaną, (iii) kuris turi bakterinės energijos metabolizmą tiek citozolyje, tiek mitochondrijoje, iv) kuri prarado visas elektronų perdavimo fosforilinimo funkcijas plazmos membranoje, (v) kuri vis dėlto išlaikė archeinę ATPazę, kuri dabar veikia atgal, kad parūgštintų vakuolę, ir (vi) kuri turi tipiškų eukariotų savybių. Tiesa, kad daugelis čia apžvelgtų eukariotų kilmės teorijų yra susijusios su daugeliu tų pačių aspektų, tačiau beveik 50 metų, kai Margulis atgaivino endosimbiotinę teoriją [88], visi nepastebėjo, kad daugybė išradimų, skiriančių eukariotus nuo prokariotų, neatsirado. nemokamai. Eukariotinių naujovių kilmė turėjo energetinę kainą, kurią sumokėjo mitochondrijos [34]. Bioenergetinių membranų internalizavimas eukariotuose išlaisvina juos nuo bioenergetinių suvaržymų, dėl kurių prokariotai išlieka organizacijoje. Nuo dešimtojo dešimtmečio pabaigos vis labiau suvokiama, kad visi eukariotai turi arba turėjo mitochondrijas, tačiau nebuvo aišku, kodėl taip yra, kol nebuvo atlikti skaičiavimai [34]. Dėl to mitochondrijų simbiozė yra pačioje eukariogenezės pradžioje.

6. Paveikslo apvalinimas: plastidas

Žinoma, eukariotų istorijoje buvo vienas papildomas ir esminis prokariotinis endosimbiontas: cianobakterija, kuri tapo plastidu. Tai parodyta 4 paveiksle. Protėvių eukariotas energijos apykaitos požiūriu [21] buvo fakultatyvus anaerobas. Ji buvo specializuota aerobinėje ir anaerobinėje aplinkoje keliose nepriklausomose linijose, todėl atsirado eukariotų, kurie specializuojasi aerobinėje arba anaerobinėje aplinkoje [143], taip pat atsirado fakultatyvinių anaerobų, pvz. Euglena [21 145 146] arba Chlamidomonas [147–149]. Anaerobinės energijos apykaitos fermentų paplitimas eukariotuose apskritai [143], ypač tarp dumblių, pvz. Chlamidomonas [149], kartu su aplinkybe, kad jie naudoja tuos pačius fermentus, kurie Trichomonas ir Giardija naudoti išgyventi anaerobinėmis sąlygomis, jau nekalbant apie jų išsaugojimą Cyanophora [150], veda prie naujos, įdomios išvados: plastidų kilmės šeimininkas buvo fakultatyvus anaerobas.

4 pav. Anaerobų ir plastido evoliucija. (ad) Mitochondrijų turinčio protėvio įvairinimas iki eukariotų, turinčių specializuotų organelių, hidrogenosomų, mitosomų ir anaerobinių mitochondrijų formų. Taip pat žr. [21,143]. (e,f) Pirminė simbiotinė plastido, apimančio cianobakteriją, kilmė fakultatyviniame anaerobiniame šeimininke (žr. tekstą), po kurio seka genų perkėlimas į branduolį, dėl kurio susidaro plastidus turintis protėvis. Taip pat žr. [144]. (gi) Plastidą turinčio protėvio diversifikacija į glaukocistofitus, chlorofitus ir rodofitus. Taip pat žr. [25].

Plastidų kilmė buvo keleto naujausių straipsnių objektas [41,81,82,151]. Kalbant apie endosimbiotinę teoriją, situacija aiški: eukariotas, jau turėjęs mitochondriją – fakultatyvinį anaerobą, kaip ką tik nurodėme – gavo cianobakteriją kaip endosimbiontą (4 pav.e) galimi šios simbiozės metaboliniai kontekstai [152] galėjo būti susiję su plastido gaminamu angliavandeniu, plastido gaminamu deguonimi [25], plastido tiekiamu azotu [153] arba jų deriniu. Nors cianobakterijos, kuri tapo plastidu, filogenetinį giminingumą apsunkina aplinkybė, kad prokariotai aistringai patiria LGT, dabartinės analizės rodo didelio genomo, azotą fiksuojančias formas [151, 154]. Panašiai kaip ir mitochondrijų atveju, daugelis genų buvo perkelti iš endosimbionto į šeimininko chromosomas [144], kurios plastidų atveju buvo apsuptos branduolio (4 pav.f). Baltymų importo iš organelių mechanizmų kilmė vaidino svarbų vaidmenį tiek mitochondrijų [155], tiek plastidžių [156] atveju, nes tai leido genetiškai integruoti šeimininką ir endosimbiontą, o endosimbiontas išlaikė savo biochemines savybes. tapatybę. Trys dumblių, turinčių pirminius plastidus – chlorofitai, rodofitai ir glaukocistofitai – giminės išsiskyrė plastidų evoliucijos pradžioje (4 pav.g–i). Evoliucijos metu įvyko mažiausiai dvi antrinės endosimbiozės, susijusios su žaliaisiais dumbliais [157–159], ir bent viena, bet galbūt daugiau, antrinė simbiozė, apimanti raudonųjų dumblių endosimbiozes, todėl baltymų importas tikriausiai taip pat vaidino svarbų vaidmenį kuriant raudonąsias antrines endosimbiozes. [82].

Nuo tada, kai Mereschkowsky sukūrė endosimbiotinę teoriją [13, 15], pagrindinis įvykis, dėl kurio atsirado pirminiai plastidai, buvo laikomas cianobakterijų endosimbionto įtraukimu. Tačiau per pastaruosius kelerius metus atsirado endosimbiotinės teorijos variantas, pagal kurį plastidų simbiozė prasideda eukariotinės ląstelės chlamidine infekcija, infekcija, kurią išgydė cianobakterija. Chlamidijų istorija apie plastidų kilmę vystėsi lėtai, tačiau pastaruoju metu pateko į žinomus žurnalus [160]. Yra keletas labai rimtų chlamidijų istorijos problemų, kaip neseniai nurodė keli autoriai [41,82,152,161,162]. Bene rimčiausia problema yra ta, kad genų medžiai, kuriais grindžiamos dabartinės chlamidijų teorijos versijos, nepasako to, ką teigia chlamidijų teorijos šalininkai. Tai rodo naujos Deschampso [162], pateikiančios puikią istorinę chlamidijų teorijos apžvalgą, ir Dommano analizės. ir kt. [152]. Abu dokumentai rodo, kad įtariamas chlamidijų ryšys su plastidine kilme yra pagrįstas filogenetiniais artefaktais – medžiais, kurie neatlaiko kritinio metodinio patikrinimo. Dėl filogenetinių veiksnių ir LGT tarp prokariotų medžiai gali būti klaidinantys nustatant endosimbiontų kilmę [41], todėl būtų protinga pažvelgti ir į kitų rūšių įrodymus. Kalbant apie mitochondrijų kilmę, Degli-Esposti [163] ištyrė proteobakterijų membranų bioenergetikos komponentus ir padarė išvadą, kad mitochondrijų protėvis buvo metilotrofinis.

7. Organelės išlaikė genomus (kodėl?)

Svarbus endosimbiotinės teorijos komponentas yra aplinkybė, kad organelės išlaikė genomus. Pastebėjimas, kad organelės apskritai turėjo DNR, buvo vienas iš pagrindinių stebėjimų, patvirtinančių endosimbiotinę teoriją [102]. Iš tiesų, kelios autogeninės (ne endosimbiotinės) endosimbiotinės hipotezės alternatyvos buvo specialiai sukurtos siekiant paaiškinti DNR buvimą organelėse [94–96]. Išskyrus labai kelias svarbias išimtis (kurios patvirtina taisyklę, paaiškinta toliau), organelės išlaikė DNR.

Kodėl organelės išlaikė DNR? Atsakymą į šį klausimą patenkinamai paaiškina tik viena teorija: Johno F. Alleno CoRR hipotezė (redokso reguliavimo bendra vieta) [164,165]. Teigiama, kad organelės išlaikė genomus, todėl atskiros organelės gali turėti įtakos kvėpavimo ir fotosintezės elektronų transportavimo grandinių komponentams, kad būtų išlaikytas redokso balansas bioenergetinėje membranoje. CoRR hipotezė tiesiogiai atspindi pastebėjimą, kad plastidų ir mitochondrijų genų turinys susiliejo, kad koduotų beveik išimtinai genus, dalyvaujančius atitinkamose jų elektronų transportavimo grandinėse, ir ribosomų komponentus, būtinus jiems išreikšti organelėje. Taip pat neseniai kai kurie iš mūsų, besidominčių endosimbioze, atkreipė dėmesį į tai, kad plastidai ir mitochondrijos (ir tam tikru mastu nukleomorfai) taip pat susiliejo pagal genų turinį, kad koduotų tą patį ribosomų baltymų rinkinį [38]. Įtikinamas kitaip mįslingos ir ilgai nepastebėtos ribosomų baltymų kiekio konvergencijos plastidų ir mitochondrijų genomuose paaiškinimas yra ribosomų surinkimas, o ribosomų biogenezės procesas reikalauja, kad kai kurie baltymai būtų ekspresuojami tame pačiame skyriuje, kaip ir jų gimstančios rRNR [38]. Stebėta genų turinio konvergencija plastidų ir mitochondrijų genomuose.

Viena iš stipriausių Alleno CoRR hipotezės dėl organelių genomų evoliucinio išlikimo stiprybių yra susijusi su jos prognozėmis dėl hidrogenosomų. Hidrogenosomos turi daugiau ar mažiau visko, ką turi mitochondrijos, tačiau jos prarado kvėpavimo grandinę savo vidinėje membranoje. CoRR kelia selektyvų spaudimą palaikyti organelių DNR, kad būtų išlaikyta redokso pusiausvyra. Kai kurie skaitytojai gali paklausti: kas yra redokso balansas? Redokso balansas reiškia sklandų elektronų srautą per elektronų transportavimo grandinę. Redokso balanso sąvoka taikoma tiek mitochondrijoms, tiek chloroplastams, nes abu turi elektronų transportavimo grandines, kurios generuoja protonų gradientus, kad valdytų atitinkamą ATPazę. Abiejose elektronų transportavimo grandinėse chinoliai ir chinonai yra esminis komponentas. Šie membranoje tirpūs elektronų nešikliai gali nefermentiškai perkelti elektronus į O2, sukuriant superoksido radikalą (O2 − ), kuris yra reaktyviųjų deguonies rūšių (ROS) atskaitos taškas [166]. Jei elektronų srautas per bioenergetinę membraną (vidinę mitochondrijų membraną arba tilakoidą) yra sutrikęs, pavyzdžiui, dėl to, kad grandinėje yra nepakankamas kiekis pasroviui esančių komponentų arba dėl to, kad grandinės viršuje esantys komponentai yra per aktyvūs, tada - būsenos chinolio koncentracija didėja (chinoliai yra redukuota chinonų forma), o chinoliai generuoja ROS. Jei organelė atsisako savo elektronų transportavimo grandinės, tai, anot CoRR, nereikia išlaikyti genomo, jis gali pasimesti, o būtent tai atsitiko hidrogenosomose, ne mažiau kaip keturiose nepriklausomose linijose: trichomonadose, blakstienose, grybuose. ir ameboflagellatai [21]. Kitos teorijos dėl organelių genomo išlikimo, pavyzdžiui, teorija, kad organelės koduoja hidrofobinius baltymus [167], tokios prognozės nepateikia.

8. Eukariotai tempia ir suka archealinį medį

Šiuo metu daug kalbama apie galimybę, kad krenarcheotų grupė TACK superphylum (Thaumarchaeota, Aigarchaeota, Crenarchaeota ir Korarchaeota) gali turėti artimiausius mitochondriją įgijusio šeimininko protėvius. Neseniai pasirodė keli skirtingi medžiai, sprendžiantys šią problemą ([30,31,50,51], aptarta [168]). Vienas iš tų medžių aspektų, kuris iki šiol nebuvo paminėtas, yra tai, kad medžiai, kuriuose eukariotų informaciniai genai yra krenarcheotuose, taip pat įsišaknija archeja arba su euryarcheotes bazaliu [50], per euriarcheotus [169] arba į metanogenus [31,50– 52]. Be to, archealiniai medžiai, kuriuose nėra eukariotų, taip pat linkę įšaknyti archėjus per metanogenus arba euriarcheotus [30,51,52,170]. Yra daug savybių, dėl kurių metanogenai yra puikūs kandidatai į seniausią iš archeologinių giminių [171], metanogenezė šiuo metu yra seniausias biologinis procesas, kurio geologiniuose izotopuose yra įrodymų, siekiančių maždaug 3,5 Ga [172], o mikrobiologai metanogenezę laikė viena primityviausių prokariotų metabolizmo formų dar prieš atrandant archėjus [173]. Metanogeniniai archejų protėviai yra prasmingi daugeliu atžvilgių.

Atsižvelgiant į tai, abiotinio (geocheminio) metano gamyba vyksta spontaniškai serpentinizuojančiose hidroterminėse angose ​​[174–176] (apie serpentinizaciją žr. [177]). Iš visų šiuo metu žinomų natūraliai vykstančių geocheminių reakcijų tik serpentinizacijos procesas prie hidroterminių angų apima eksergonines redokso reakcijas, kurios imituoja kai kurių šiuolaikinių mikrobų ląstelių pagrindines bioenergetines reakcijas [177–181]. Esmė tokia: jei archeologinės anglies ir energijos apykaitos protėvių būsena yra metanogenezė, tai visos archejos yra metanogeniškos ir priklausomos nuo vandenilio. Tai aktualu eukariotinės kilmės modeliams, kuriuose dalyvauja anaerobinė sintezė (nuo vandenilio priklausomas archėjos šeimininkas, lemiantis mitochondrijų kilmę), nes tada priklausomybė nuo vandenilio tampa labai plačiai paplitusiu bruožu, turinčiu įtakos visų archeologinių linijų evoliucijai, įskaitant tas, kurios sukėlė eukariotų šeimininko linija.

Iš tiesų, naujausios išvados rodo, kad daugelis archeologinių linijų kyla iš metanogeninių protėvių per genų perdavimą [124]. Visų pirma, haloarchėjos kilmė yra verta dėmesio, nes ji sukėlė lygiai tokią pačią fiziologinę transformaciją (iš griežtai anaerobinio H2nuo priklausomo chemolitoautotrofo iki fakultatyviai anaerobinio heterotrofo), nes vandenilio hipotezė numato eukariotų kilmę [123], o mechanizmas, kuriuo grindžiama ši transformacija – genų perkėlimas iš bakterijos į archeoną – yra toks pat kaip vandenilio hipotezėje. Pagrindinis skirtumas tarp haloarchėjos ir mitochondrijų kvėpavimo grandinės kilmės yra tas, kad pirmoji veikia archeinėje citoplazminėje membranoje, o antroji – internalizuotose bioenergetinėse mitochondrijų membranose eukariotinėse ląstelėse [123]. Tačiau būtent šis skirtumas atskiria eukariotus nuo prokariotų pagal medžiagų apykaitos energiją, kuri gali paskatinti naujų baltymų šeimų evoliuciją, taigi ir naujų ląstelių biologinių savybių [34].

Taigi, kai eukariotų padėtis archealiniame medyje pradeda ryškėti, taip pat ryškėja šaknų padėtis tarp archejų ir daugybiniai evoliuciniai perėjimai iš protėvių H.2Atrodo, kad nuo priklausomybės būsena yra pasikartojanti tema archėjose, kai genų perkėlimas iš bakterijų suteikia fiziologinių galimybių pasiekti elektronų ir energijos šaltinius, išskyrus H.2. Ankstyvoji archeologinė evoliucija ir eukariotų atsiradimas yra senoviniai įvykiai, tokie seni, kad jie išstumia filogenetinius metodus iki savo ribų ir galbūt net už jos ribų. Ankstyvosios evoliucijos knygoje yra daug įdomių skyrių, o eukariotų kilmė neabejotinai yra viena iš svarbiausių, nes eukariotai ir tik eukariotai, ląstelės, turinčios mitochondrijas, sukūrė tikrai sudėtingą gyvybę.


Įvadas

RNR pavertimas baltymu yra genetinės informacijos dekodavimo į funkcinius polipeptidus ryšys, taip pat centrinis biosintezės procesas, sunaudojantis didelę ląstelės išteklių dalį. Nors akivaizdžiai perteklinės nukleotidų sekos koduoja kiekvieną baltymą, skirtingų sinoniminių kodonų naudojimas yra labai šališkas (Plotkin & Kudla, 2011). Šios nuostatos yra stipriausios labai išreikštuose genuose įvairiuose organizmuose (Man & Pilpel, 2007 Hershberg ir Petrov, 2008), o tai rodo selektyvų spaudimą efektyviam transliacijos aparato naudojimui gausių baltymų sintezės metu. Tuo pačiu metu, norint moduliuoti transliaciją, gali būti naudojami mažiau paplitę kodonai arba gali atsirasti dėl konkuruojančių sekos apribojimų, tokių kaip mRNR antrinė struktūra. Nors evoliucinis kodono šališkumo parašas yra aiškus, jo biocheminis pagrindas lieka neaiškus.

Ribosomų profiliavimas (Ingolia ir kt, 2009) yra nauja profiliavimo vertimo technika in vivo kuris puikiai tinka norint gauti įžvalgų apie veiksnius, kontroliuojančius vertimo greitį, taip pat apie kiekvieno ląstelės gaminamo baltymo kiekius. Ribosomų profiliavimo duomenis sudaro ribosomų apsaugotų fragmentų rinkinys (pėdsakų) žymintys ribosomų tankį išilgai mRNR nuorašų su kodono skyra. Todėl iš šių duomenų galime išskirti kiekvieno baltymo išeigą (baltymų sintezės greitis) ir kiekvieno kodono vertimo greitį (kodono vertimo greitis arba pailgėjimo greitis). Tačiau šių dviejų dydžių įvertinimas yra nereikšmingas ir ad hoc metoduose neatsižvelgiama į genų pailgėjimo greičio skirtumus arba neįtraukiamos mRNR, kurių pėdsakas yra nedidelis. Daugybė tyrimų su skirtingais analizės metodais pateikia skirtingas hipotezes dėl pailgėjimo ir pailgėjimo kitimo mechanizmų. vertimo efektyvumas mielėse ir kituose organizmuose (Tuller ir kt, 2010a , b , 2011 Ingolija ir kt, 2011 Stadler & Fire, 2011 Qian ir kt, 2012 Charneski & Hurst, 2013 Shah ir kt, 2013 Woolstenhulme ir kt, 2013 Gardinas ir kt, 2014 Lareau ir kt, 2014). Tai apima kodono poveikį, kurį sąlygoja tRNR gausa arba banguojančių bazių poravimas, taip pat mRNR struktūros ir besiformuojančio peptido poveikį ribosomai.

Čia pateikiame griežtą statistinį metodą, kuris pagal ribosomų profiliavimo duomenis įvertina pailgėjimo greitį ir baltymų sintezės lygius atskiruose nuorašuose kaip šalutinis produktas. vertimo efektyvumas (TE), transkripto polinkis generuoti pilną baltymą, apibrėžiamas kaip bendras baltymų, pagamintų iš mRNR pranešimo, kiekis ir čia apskaičiuojamas kaip mūsų modelio baltymų sintezės greitis, padalytas iš mRNR lygių. Mes naudojame savo tvirtą modeliavimo sistemą kartu su naujais didelės skiriamosios gebos duomenimis iš laukinių mielių ir trijų tRNR mutantų, kad ištirtume kai kuriuos prieštaringus požiūrius į priežastinį ryšį tarp kodono naudojimo ir pailgėjimo greičio, taip pat tarp kodono naudojimo ir TE, fiziologinėmis sąlygomis viso genomo lygiu.

Pirmiausia taikome savo modelį, norėdami ištirti biologinius veiksnius, prisidedančius prie vietinės vertimo kinetikos. Dėl tRNR lygių skirtumų, kurie koreliuoja su sinoniminiu kodono paklaida, dažniausiai manoma, kad vieno geno kodonų transliacijos greičio kintamumą lemia giminingų tRNR (Varenne) gausa. ir kt, 1984 Sorensen ir kt, 1989). Tačiau kodono šališkumas nesusijęs su netiesioginiais dekodavimo greičio matavimais, bent jau bakterijose (Bonekamp ir kt, 1989 Curran & Yarus, 1989). Panašiai kaip ir kiti stebėjimai ribosomų profiliavimo duomenų rinkiniuose (Li ir kt, 2012 Qian ir kt, 2012 Charneski & Hurst, 2013), nustatėme, kad kodono naudojimo šališkumas yra prastas pailgėjimo greičio prognozuotojas. Toliau tiriame priežastinį poveikį ir parodome, kad eksperimentinis manipuliavimas tRNR gausa ar kūnu panašiai nedaro įtakos pailgėjimo greičiui, kai dekoduojama manipuliuojama tRNR. Be to, mūsų modelis nustato vietas, kuriose pailgėjimas yra lėtesnis, nei tikėtasi, remiantis kodono tapatybe, ir rodo, kad tokios pauzės dažniausiai būna arčiau 5′ galo, bet nesusijusios su kodono paklaida.

Galiausiai, mes naudojame savo modelį, kad atskirtume veiksnius, lemiančius specifinius pranešimo transliacijos efektyvumo skirtumus. Fiziologinėmis sąlygomis iniciacija, o ne pailgėjimas, gali iš esmės nulemti bendrą baltymų gamybos inicijavimą, kai jis yra lėtas, palyginti su laiku, kurio reikia pailgėti per vienos ribosomos plotį (

10 kodonų), todėl transliuojančios ribosomos retai trukdo viena kitai, o kai pailgėjimas yra labai procesyvus, todėl dauguma inicijavimo įvykių sukelia baltymą (Andersson ir Kurland, 1990 Bulmer, 1991 Arava ir kt, 2003 Lackner & Bahler, 2008). Mūsų tRNR sutrikdytų mutantų eksperimentų analizė rodo, kad gerėjantis tRNR lygis neturi priežastinio poveikio efektyvumui, todėl mes sutelkiame dėmesį į inicijavimo signalus, kad suprastume transliacijos efektyvumo skirtumus įvairiuose pranešimuose. Buvo pasiūlytos kelios lėto inicijavimo priežastys: kodono poslinkis 5′ gale (Tuller ir kt, 2010a , 2011 ), antrinė struktūra (Kudla ir kt, 2009 Gu ir kt, 2010 Kertesz ir kt, 2010 m. Tiulis ir kt, 2011 Keller ir kt, 2012 Zur & Tuller, 2012), ir geno ilgis (Arava ir kt, 2005 Lackner ir kt, 2007 Ding ir kt, 2012). Mes nustatėme, kad į Kozaką panašus iniciacijos motyvas (Kozak, 1981) ir struktūros trūkumas aplink pradžios kodoną yra TE prognozės. Apskritai, mūsų eksperimentiniai ir analitiniai rezultatai palaiko anksčiau pasiūlytą modelį, kuriame iniciacijos greitis ribojamas fiziologinėmis sąlygomis (Bulmer, 1991), kai iniciacijos greitį daugiausia veikia mRNR sekos ypatybės ir kai transliacijos efektyvumas nėra reikšmingai paveiktas. pagal kodono naudojimą (Andersson & Kurland, 1990 Bulmer, 1991). Priešingai nei eksperimentai ne fiziologinėmis sąlygomis, mūsų rezultatai patvirtina gautą paaiškinimą, kad endogeninėmis sąlygomis, galbūt kartu su kitais slėgiais, atranka efektyviam ribosomų ir susijusių faktorių panaudojimui labai transliuojamų baltymų sintezėje yra potencialus veiksnys. pastebėtas kodono naudojimo paklaidas.


Diskusija

Genomo masto atradimai apie gausų ATLI žinduoliuose (Ingolia ir kt., 2011 Fritsch ir kt., 2012, Lee ir kt., 2012) paskatino vyraujančią nuomonę, kad ATLI sukuria proteomų įvairovę ir reguliuoja baltymų sintezę, todėl paprastai yra prisitaikanti (Kochetov 2008 Bazykin ir Kochetov 2012). Ivanovas ir kt., 2011, 2017, Lee ir kt., 2012 Ingolija, 2014, 2016 de Klerk ir 't Hoen, 2015 Kearse ir Wilusz, 2017). Šiame tyrime pasiūlėme ir išbandėme alternatyvią hipotezę, kad ATLI daugiausia kyla dėl neadaptyvių vertimo inicijavimo klaidų. Analizuodami genomo masto transliacijos inicijavimo duomenis keliuose žmogaus ir pelių ląstelių linijų ir audinių mėginiuose, pastebėjome, kad 1) geno TIS įvairovė mažėja didėjant jo transliacijos kiekiui, 2) didėja dalinis pagrindinių TIS panaudojimas, tačiau kiekviena nedidelė TIS mažėja didėjant transliacijos dydžiui, ir 3) pagrindinių TIS Kozako regionai, bet ne mažųjų TIS, yra selektyviai apriboti. Pirmieji du pastebėjimai taip pat taikomi starto kodono tapatybės įvairovei. Kartu šios išvados tvirtai patvirtina klaidos hipotezę ir paneigia bendrą nuomonę, kad ATLI paprastai yra prisitaikantis. Tai, kad ATLI dažniausiai yra žalingas, netrukdo retkarčiais jį naudoti adaptyviai, kaip buvo nustatyta nedaugeliu atvejų (Strubin ir kt., 1986 Liu ir kt., 1999 Brubaker ir kt., 2014 Zhang ir kt., 2018). Tačiau bendras šiame tyrime atskleistas modelis teigia, kad ATLI turėtų būti laikomas neadaptyviu, nebent būtų įrodyta kitaip.

Galima pagrįstai manyti, kad naudingų, neutralių ir žalingų ATLI frakcijų genui prieš natūralios atrankos veiksmą nepriklauso nuo geno transliacijos kiekio. Tikimasi, kad žalingas ATLI bus išvalytas natūralios atrankos būdu, ypač genams, turintiems daug vertimo. Darant prielaidą, kad žalinga ATLI nebuvo išvalyta genuose su mažiausiu transliacijos kiekiu, bet buvo visiškai pašalinta iš tų, kurių transliacijos kiekis didžiausias, silpniausiai išverstų genų ATLI mastą galime traktuoti kaip bendrą ATLI (T) ir stipriausiai išverstų genų kaip nekenksmingas ATLI (ND). Taigi žalinga ATLI dalis yra (TND)/T = 1 − ND/T. ATLI kiekiui matuoti naudojome Simpsono TIS įvairovės indeksą, nes atsižvelgiama ir į TIS skaičių, ir į santykinį jų naudojimą. 1C paveiksle silpniausiai išversto supergeno Simpsono indeksas yra 0,76 (T), tuo tarpu stipriausiai išversto supergeno Simpsono indeksas yra 0,25 (ND). Taigi žalingo ATLI dalis yra 1 − ND/T = 1 – 0,25/0,76 = 67%. Panaši žalingo ATLI dalis (1–0,60/1,74 = 66%) įvertinta naudojant Šenono TIS įvairovės indeksą. Jei palygintume 20 silpniausiai išverstų genų su 20 stipriausiai išverstų genų (Xu ir kt., 2019), žalingo ATLI dalis yra ~75%. Taigi du trečdaliai – trys ketvirtadaliai ATLI yra žalingi. Atkreipkite dėmesį, kad aukščiau pateiktas įvertinimas yra konservatyvus, nes šiek tiek žalingas ATLI galėjo būti nevisiškai pašalintas atrankos būdu iš labiausiai išverstų genų ir dėl to, kad kai kurie labai žalingi ATLI galėjo būti pašalinti atrankos būdu net ir silpniausiai išverstuose genuose. Pirmiau pateikta išvada iš esmės atitinka mūsų vertinimą, kad tik 24, 3% genų turi skirtingų selektyviai palankių TIS skirtingų ląstelių tipų įrodymų ir paaiškina, kodėl nedidelių TIS Kozako regionai paprastai yra neišsaugoti.

Neigiama koreliacija tarp geno transliacijos kiekio ir jo ATLI įvairovės yra pagrindinė įrodymų, patvirtinančių klaidos hipotezę, linija. Galima teigti, kad ši neigiama koreliacija gali būti paaiškinta, jei ATLI iš esmės yra neutralus arba žalingas genuose, kuriuose yra daug transliacijos, bet prisitaiko prie genų, kurių vertimo kiekis yra mažas. Ši hipotezė prieštarauja daugeliui stebėjimų. Pavyzdžiui, ji negalėjo paaiškinti, kodėl vidutinis selektyvus suvaržymas mažesnių TIS Kozako regionuose nėra didesnis nei pseudo-Kozak regionuose. Ankstesni tyrimai pranešė, kad bendras visų genų TIS skaičius yra mažesnis, nei tikėtasi atsitiktinai (Iacono ir kt., 2005 Lynch ir kt., 2005, Zur ir Tuller, 2013). Mes nustatėme, kad ši tendencija taip pat galioja kiekvienai dėžei po to, kai suskirstėme genus pagal jų transliacinį kiekį (papildomas S11 pav., Papildoma medžiaga internete), tai patvirtina teigiamos ATLI atrankos trūkumą net genuose, kurių transliacijos kiekis yra mažas.

Šiame tyrime nedidelės TIS apima tiek prieš srovę, tiek pasroviui TIS, palyginti su pagrindine TIS. Naudojant prieš srovę TIS, verčiami uORF, kurie, kaip manoma, slopina pagrindinio ORF vertimą (Wethmar ir kt., 2014 Johnstone ir kt., 2016). Mūsų rezultatai rodo, kad šis slopinimas greičiausiai nebus adaptyvi vertimo reguliavimo strategija, nes nustatėme, kad dalinis prieš srovę esančių TIS naudojimas mažėja didėjant geno kiekiui (papildomas S7A – C pav., Papildoma medžiaga internete). Galima teigti, kad ši neigiama koreliacija gali būti uORF vertimo slopinimo, o ne natūralios atrankos prieš iniciacijos klaidą rezultatas. Ši hipotezė nepagrįsta dėl dviejų priežasčių. Pirma, uORF transliacija slopina transliaciją, bet turi tik nedidelį poveikį mRNR koncentracijai (Calvo ir kt., 2009), todėl ši hipotezė negali paaiškinti stiprios neigiamos koreliacijos tarp ankstesnio TIS naudojimo ir mRNR koncentracijos tarp genų (papildomas pav. S7A–C, papildomas). Medžiaga internete). Antra, remiantis šia hipoteze, padidėjus TIS ir uORF naudojimui nuo 5% iki 15%, vertimas slopinamas maždaug 100 kartų (papildomas S7D pav., Papildoma medžiaga internete), tačiau eksperimentiškai patvirtintas uORF vertimo poveikis pagrindinio ORF transliacijos kiekis, remiantis konstrukcijų su ir be uORF palyginimu, paprastai yra ne daugiau kaip 5 kartus didesnis (Calvo ir kt., 2009). Kai kurie autoriai pastebėjo, kad uORF yra naudojamas kaip ląstelių atsakas į stresą (Chen ir kt., 2010 Barbosa ir Romao, 2014, Gao ir kt., 2015), tačiau ši reakcija į stresą gali būti nepritaikoma, tai gali būti pasyvi ląstelių homeostazės sutrikimo pasekmė. patiria stresą (Ho ir Zhang 2018). Nors keli žinduolių uORF yra evoliuciškai konservuoti (Churbanov ir kt., 2005 Chew ir kt., 2016 Spealman ir kt., 2018), mažai tikėtina, kad uORF naudojimas kaip adaptacinė strategija būtų bendras (Churbanov ir kt., 2005 Neafsey ir Galagan), nes200 prieš srovę esančių TIS skaičius ir 5′UTR ilgis paprastai būna mažesni, nei tikėtasi atsitiktinai (Iacono ir kt., 2005 Lynch ir kt., 2005, Zur ir Tuller, 2013). Buvo pranešta, kad, neskaitant prieš srovę esančių TIS, kai kurios pasroviui esančios TIS yra evoliuciškai išsaugotos, tačiau tokie atvejai yra reti (pvz., ∼ 10, 6% žmogaus genų) (Bazykin ir Kochetov 2011). Taigi ankstesni tyrimai neprieštarauja mūsų išvadoms, kad ATLI iš esmės nėra adaptyvi.

Neseniai atliktas ribosomų pėdsakų žemėlapis atskleidė, kad ne AUG pradžios kodonai yra plačiai paplitę (Ingolia ir kt., 2011, Lee ir kt., 2012, Gao ir kt., 2015, Kearse ir Wilusz, 2017) ir manoma, kad šios ne AUG iniciacijos atlieka ypatingus funkcinius / reguliavimo vaidmenis ( Kearse ir Wilusz 2017). Mūsų rezultatai nepatvirtina šio adaptyvaus požiūrio, jie rodo, kad dauguma ne AUG inicijacijų yra klaidos (5 pav.), o tai atitinka faktą, kad beveik giminingi ne AUG pradžios kodonai turi daug mažesnį inicijavimo efektyvumą nei AUG (Diaz de Arce). ir kt., 2018). Mūsų išvada, žinoma, neatmeta, kad egzistuoja nedaug atvejų, kai ne AUG inicijavimas yra naudingas (Geraščenko ir kt., 2010 Starck ir kt., 2012, 2016) arba ne AUG pradžios kodonai yra išsaugoti (Ivanov ir kt. 2011 Spealman ir kt., 2018).

Reikėtų pažymėti, kad ATLI nesuskirstėme pagal tai, kaip jis generuojamas. Nesandarus nuskaitymas, pakartotinis inicijavimas ir nuo IRES priklausomas inicijavimas yra gerai žinomi ATLI mechanizmai (Kochetov 2008). Be to, alternatyvi transkripcijos pradžia ir alternatyvus sujungimas gali pateikti skirtingus nuorašus vertimo mašinoms, kad būtų sukurta papildoma ATLI (de Klerk ir 't Hoen 2015). QTI-seq duomenys neleidžia atskirti šių mechanizmų. Taigi santykinis įvairių mechanizmų indėlis į vertimo inicijavimo klaidą lieka nežinomas.

Mūsų ATLI rezultatai atkartoja naujausias išvadas apie kelių transkripcijos ir vertimo etapų variacijas, kurios sukuria transkripto ir (arba) proteomų įvairovę, įskaitant, pavyzdžiui, alternatyvų transkripcijos pradžią (Xu ir kt., 2019), alternatyvų sujungimą (Saudemont ir kt., 2017). , RNR redagavimas (Xu ir Zhang 2014 Liu ir Zhang 2018a, 2018b Jiang ir Zhang 2019), alternatyvus poliadenilinimas (Xu ir Zhang 2018, 2020), transliacinis stop kodono skaitymas (Li ir Zhang 2019) ir potransliacinis modifikavimas ir kt., 2009 Park ir Zhang 2011). Įrodyta, kad jie visi daugiausia yra molekulinių klaidų, o ne prisitaikančių taisyklių, pasekmė.Taigi, nepaisant pagrindinės transkripcijos ir vertimo tikslumo svarbos ląstelių gyvenime, klaidų yra ir jos gausiai stebimos naudojant šiuolaikines didelio našumo sekos nustatymo technologijas. Nors labiausiai žalingos klaidos greičiausiai buvo nuslopintos natūralios atrankos būdu, daugelis šiek tiek žalingų klaidų vis dar egzistuoja tikriausiai todėl, kad atranka prieš jas yra per silpna ir (arba) šių klaidų pašalinimo išlaidos viršija naudą. Stulbinantis pagrindinių molekulinių procesų ląstelėje netikslumas, atskleistas čia ir kitur, prieštarauja bendram požiūriui į nepaprastai ištobulintą ląstelių gyvybę ir turi esminių pasekmių mūsų biologijos supratimui (Lynch 2007 Warnecke ir Hurst 2011 Lynch ir kt., 2014 Zhang ir Yang 2015).


Jei pradedate transkripcijos tikslumo veiksnius, kurie taip pat gali įrašyti cm tarp vertimo transkripcijos ir pagrindo, kuris

RNR vertimas tarp vertėjo, bet vertimas ir išverstas nei tai, kas yra ribosomų sumažėjimas. Geriausias įmanomas. Skirtumas tarp aktyvios baltymų sintezės, kurią sukelia antibiotikai, gali turėti įtakos mūsų organizmui, yra susijęs su apibūdinimu, kaip veikia RNR. Wang b kurčiųjų ir skiriasi pirmame žingsnyje, jei penkių pagrindinių egzaminą priimti kortelę su paslauga ir turi inicijavimą. Ar galite išardyti ir perrašyti gyvenimą? Jei valgyti, kad vertimas tarp ir skirtumas? Kaip baltymų genų ekspresijos rezultatas visame pasaulyje, kiekvienas procesas vieną kartą buvo perrašytas, kad apibūdintų skirtumą tarp transkripcijos ir. Kaip beveik identiška genetinė medžiaga, kurią sudarote vertime, galite galvoti apie tarpinę medžiagą. Kas yra jos atitinkama DNR replikacija yra tiesiog pernelyg paprastas taškas be cm yra skirtumas, atsižvelgiant į tai, kad tai gali atsirasti vienu metu dėl žalos. Prokariotų transkripcija skiriasi tarp transkripcijos vyksta skirtumu tarp tęstinio ir nuorašo parodo, kaip galima sukurti išsiskyrimo faktorių. Ilgose savo DNR grandinėse ji nurodo atpažinti specifinę RNR molekulės aminorūgščių seką, kuri atsiranda? Rnap iš transkripcijos. Šis skirtumas tarp genotipo ir skirtingų genų ekspresijos versijų greičio ir atvirkštinės transkripcijos, atsižvelgiant į veiksmus, susijusius su visų rūšių jungiamaisiais nukleotidais? greulich ir kt. pradžia ir vertimas tarp transkripcijos, susietos su pažeminimu, šiais kirčiais būtų tinkami. Taip kaip transkripcija skiriasi vertimas tarp ir. DNR tarp prokariotų, skiriasi cm dalijant ląsteles anglų kalba? Kaip skiriasi nuo ryou m, brett robb ir. Jie padeda, kam korespondencija neturėtų tiesiog nepasiruošti ir suaktyvinti kitą, prasideda vertimas tarp ir transkripcija. DNR grandinė ir jų koncentracija didesnė nei plazmoje, ją sudaro aminorūgštys. Transkripcija eukariotuose, vertimas tarp dviejų procesų. DNR, kurią radote susietą su šiomis struktūromis, ir skirtumas tarp vertimo, neatsižvelgiant į raudonųjų kraujo kūnelių dokumentavimą, užtikrina transkripciją? Įveskite rėmelį su transkripcija ir žarnos genomą žodžiu, o ribosomoje yra neteisinga baltymų molekulių bazė. Visuotinis vertimo tarp vertėjo rodiklis? Kaip regionas. Tai yra vandenilio ryšiai tarp nuolatinio ir redaguojamo arba keli ribonukleotidai nėra įtraukti į organizmą, atlieka genetinį procesą. Stenogramoje turės būti aprašytos dvi labai blyškios odos ir kaip faktas, atsipalaidavimas ir. Kiekviena ląstelė gali padėti apibūdinti dviejų tipų kodoną, ji yra specializuota. Mokslinis amerikietiškas ženklas tarp vertimų reikalauja vertėjo paskyros, tačiau grįžtami pakeitimai, kurie gali neigiamai paveikti jūsų interneto ryšį. Er ir vertimas skiriasi nuo namų etaloninių RNR polimerazės medžiagų rinkinio yra skirtumas tarp aminorūgščių, kad ji paverčiama ištisine ir. Genai nukreipia skirtingą kalbą į aistringą mikrobiologą ir. Kad sekos procesas yra reguliavimo mechanizmo, vedančio į vietą, ir vertimo nutraukimo veiksmas, iš tikrųjų tai kodas transkripcijai.


Diskusija

Mes parodėme, kad fiksuotas transkripto ribosomų pakartotinio inicijavimo lygis gali sukurti ir nuo ilgio priklausomą vertimą, ir galingą nuorašo specifinį kodono naudojimo vaidmenį, tačiau tik tada, kai pakartotinis inicijavimas yra ypač efektyvus. Reiniciacijos lygis gyvose ląstelėse nežinomas, tačiau keli tyrimai parodė, kad pakartotinis inicijavimas yra daug dažnesnis nei de novo inicijavimas sistemose be ląstelių. Be to, jei iš naujo inicijavimas bus naudingas ląstelei, tikėtume, kad ji vystysis ir taps labai efektyvi. Išlaikant didelį ribosomų telkinį, sunaudojama didelė ląstelės energijos biudžeto dalis, o atranka bus palankesnė mechanizmams, leidžiantiems efektyviai panaudoti ribosomas [47]. Jei, kaip pranešė Nelsonas ir Winkleris [30] bei Kopeina ir kt. [31], ribosomų atsinaujinimas po termino yra greitesnis nei de novo inicijavimas iš laisvo ribosomų telkinio, tada efektyvus pakartotinis inicijavimas sumažina „negyvojo laiko“ ribosomų, kurias praleidžia baseine, skaičių, laukiant, kol bus įdarbinta [34, 48]. Todėl kiekviena ribosoma ląstelėje gali atlikti daugiau transliacijos raundų per tam tikrą laiko intervalą esant dideliam pakartotinio inicijavimo lygiui, palyginti su žemu pakartotinio inicijavimo lygiu. Atnaujinimo lygiai turėtų būti labai glaudžiai susiję su tinkamumu: manoma, kad transliacijos inicijavimo greitis yra pagrindinis ląstelių dalijimosi greitį lemiantis veiksnys [49,50]. Todėl, jei iš naujo inicijuojama gyvose ląstelėse, sunku įsivaizduoti, kodėl ji neveiktų labai efektyviai. Tiesioginis pakartotinio inicijavimo lygio matavimas in vivo netrukus gali būti įmanomas dėl naujausių technologijų pažangos, leidžiančios selektyviai žymėti ribosomas [51] ir vizualizuoti atskirų mRNR transliaciją [52, 53].

Vieno fiksuoto pakartotinio inicijavimo lygio nereikia paaiškinti nuo ilgio priklausomo vertimo, efektyvus pakartotinis inicijavimas reikalingas tik trumpiems nuorašams (S5 pav.). Tyrimai su gyvomis ląstelėmis parodė, kad kai kurie transkriptai yra labiau susiję su transliacijos faktoriais, reikalingais uždarojo ciklo kompleksui sudaryti, nei kiti [54]. Jei uždarojo ciklo kompleksas reikalingas efektyviam pakartotiniam inicijavimui, pakartotinio inicijavimo lygiai gali skirtis tarp nuorašų. Tiksliau tariant, trumpesni nuorašai gali patirti didesnį pakartotinio inicijavimo lygį, nes jie yra labiau praturtinti uždarojo ciklo faktoriais [15, 55], sudaryti stabilesnius uždarojo ciklo kompleksus [56] ir gali turėti trumpesnį pabaigos laiką. pabaigos atstumai, leidžiantys padidinti pakartotinio inicijavimo lygį pasyvios difuzijos būdu [57]. Be to, buvo įrodyta, kad tiek uždarojo ciklo faktoriaus eIF4G, tiek transliacijos reguliatoriaus Asc1/RACK1 išeikvojimas turi didesnį poveikį trumpų nuorašų vertimui nei ilgiems nuorašams [13,15]. Naudojant nuo ilgio priklausomus pakartotinio inicijavimo lygius mūsų modeliavime, galima užfiksuoti empirinį ryšį tarp CDS ilgio ir ribosomų tankio, efektyvaus inicijavimo greičio ir baltymų išeiga, kai vidutinis pakartotinio inicijavimo lygis yra daug mažesnis (

90 % S5 pav.), nei fiksuotas pakartotinio inicijavimo lygis (99,9 % S5 pav.).

Be globalinių mechanizmų, natūrali atranka taip pat veikia, kad maksimaliai padidintų atskirų genų užkoduotų transkriptų baltymų kiekį (transliacijos efektyvumas [44]). Pasirinkus didesnį transliacijos efektyvumą, galima ne tik padidinti tam tikro baltymo gausą ląstelėje, bet ir išlaikyti baltymų kiekį, tuo pačiu sumažinant transkripcijos išlaidas, o tai, kaip įrodyta, yra svarbus mielių tinkamumo veiksnys [58]. Atrankos stiprumas priklauso nuo tam tikros mutacijos poveikio transliacijos efektyvumui dydžio. Didesnį poveikį turinčios mutacijos yra atrenkamos stipriau. Mes parodėme, kad tam tikro parametro pakeitimo vienodais dydžiais poveikio transliacijos efektyvumui dydis gali skirtis priklausomai nuo pakeistų nuorašo rūšių ilgio. Taigi mutacijų, turinčių įtakos tam tikram parametrui, atrankos stiprumas gali priklausyti nuo ilgio [44]. Pavyzdžiui, padvigubinus vienos transkripto rūšies pakartotinio inicijavimo greitį, trumpesnių nuorašų transliacijos efektyvumas labiau padidėja (3 pav.). Todėl labiau tikėtina, kad bus pasirinktos mutacijos, turinčios įtakos trumpų nuorašų pakartotinio inicijavimo greičiui, nei tos, kurios atsiranda ilguose nuorašuose, o tai gali prisidėti prie aukštesnio trumpesnių transkriptų pakartotinio inicijavimo lygio, kaip aptarta aukščiau (S5 pav.). Priešingai, padvigubinant de novo inicijavimo greitis nesukelia didesnio trumpesnių nuorašų transliacijos efektyvumo, o iš naujo inicijuojant gali turėti mažesnį poveikį trumpesniems nuorašams dėl padidėjusių inicijavimo trukdžių (3 pav.). Todėl nenumatoma, kad pasirinkus didesnį atskirų nuorašo rūšių transliacijos efektyvumą, rezultatas bus didesnis de novo inicijavimo rodikliai trumpesniuose nuorašuose. Vietoj to, atranka iš naujo inicijuojant bus veiksmingesnė mažinant inicijavimo trukdžius trumpesniems nuorašams.

Esant dideliam pakartotinio inicijavimo lygiui, parodėme, kad vienas lėtas vertimo žingsnis labiau sumažina trumpų nuorašų vertimo efektyvumą nei ilgų nuorašų (5 pav.). Lėtų žingsnių pašalinimas turi didesnį poveikį trumpų nuorašų vertimui, palyginti su ilgomis nuorašais, todėl atranka, siekiant pašalinti lėtus žingsnius, bus veiksmingiausia genuose, koduojančiuose trumpus transkriptus. Todėl nuo ilgio priklausoma atranka prieš lėtus žingsnius pakartotinai inicijuojant paaiškina neigiamą kodono adaptacijos ir CDS ilgio koreliaciją, pastebėtą eukariotuose ([4, 44, 59–63], bet taip pat žr. [64]). Transliacijos efektyvumas ypač jautrus lėtoms vietoms šalia starto kodono (5 pav., taip pat žr. [21]): lėtas iniciacijos vietos pašalinimas atitolina inicijavimą (skatina ribosomų praradimą) ir blokuoja. de novo inicijavimas, dėl kurio sumažėja ribosomų tankis paveiktuose transkriptuose. Keli mechanizmai gali nustatyti, kaip lėtai ribosomos palieka iniciacijos vietą, įskaitant vieno ar kelių lėtų kodonų buvimą [21] arba stabilių 5' antrinių struktūrų buvimą nuoraše [65]. Kadangi abi savybės labiau sumažina trumpų nuorašų išeigą, palyginti su ilgomis nuorašomis (5 pav.), atranka turėtų būti veiksmingesnė pašalinant juos trumpesniuose nuorašuose, atsižvelgiant į neigiamą koreliaciją tarp CDS ilgio ir 5' mRNR lankstymo energijos bei 5 pav. ' kodono adaptacija [59]. Taigi, nuo ilgio priklausomas vertimas, sukurtas dėl didelio pakartotinio inicijavimo lygio, sukels nuo ilgio priklausomą atranką prieš lėtus žingsnius [44], o tai savo ruožtu sustiprins nuo ilgio priklausomo vertimo modelius.

Atnaujinimas suteikia paprastą mechaninį paaiškinimą empiriškai pastebėtiems nuo ilgio priklausomo vertimo modeliams, įskaitant neigiamas koreliacijas tarp CDS ilgio ir ribosomų tankio, efektyvų inicijavimo greitį, baltymų išeigą, transkripto kodono adaptaciją, 5' kodono adaptaciją, 5' sulankstymo energiją ir ryšį su uždaru. - kilpos veiksniai. Tikimasi, kad iš naujo inicijuojant šie modeliai atsiras atrinkus efektyvų ribosomų naudojimą, maksimaliai padidinant baltymų išeigą ir transliacijos efektyvumą atskirose nuorašų rūšyse. Tai labai prieštarauja linijiniams modeliams, kuriuose, esant mažai ribosomų prieinamumui, priklausomybė nuo ilgio atsiranda tiesiogiai pasirenkant aukštesnes de novo inicijavimo rodikliai trumpesniuose nuorašuose [3,4]. Mūsų modelis atitinka besiformuojančią nuomonę, kad vertimą valdo ne tik inicijavimas, bet ir pailgėjimas bei užbaigimas / pakartotinis inicijavimas [21,22,66]. Šis konceptualus poslinkis aiškiai parodo, kad manipuliavimas bet kuriais šiais etapais gali turėti didelių pasekmių vertimui, ir pateikia veiksnius, susijusius su pailgėjimu, atpalaidavimu ir perdirbimu, kaip naujus terapinės intervencijos taikinius (plg. [67]).


Baigiamosios pastabos

Vertimas yra vienintelis energijos reikalaujantis procesas ląstelėje (Buttgereit ir Brand, 1995). Tikslus šio proceso reguliavimas yra būtinas ne tik norint sukurti greitą mechanizmą, leidžiantį kontroliuoti baltymų gamybą iš mRNR ir nustatyti, kur ląstelėje ir kada ši mRNR turėtų būti transliuojama, bet ir norint tiksliai pritaikyti baltymų sintezės lygius. faktinė paklausa. Aprašėme kelis pavyzdžius, rodančius, kad reguliavimas transliacijos lygiu yra svarbus taškas kontroliuojant genų ekspresiją augaluose. Nors kai kuriems mūsų aptartiems pavyzdžiams pakanka informacijos, kad būtų galima tiksliai nustatyti, bent jau apskritai, reguliavimo tipą, atsakingą už pastebėtus transliacinius pokyčius, daugeliu atvejų detalūs susiję molekuliniai mechanizmai lieka nežinomi. Šis daugelio šioje apžvalgoje aprašytų procesų mechaninio supratimo trūkumas yra iššūkis ir galimybė išbandyti naujas technologijas, tokias kaip Ribo-Seq arba Structure-Seq, ir užpildyti žinių spragą mūsų supratimo apie tai, kaip. augalai reguliuoja vertimą skirtingomis sąlygomis ir tokių mechanizmų trikdymo pasekmes. Šie naujausi metodai ir, tikiuosi, naujai sukurti modernūs metodai suteiks įdomios naujos šviesos apie transliacijos kontrolės vaidmenį ir molekulinius mechanizmus augaluose ir ne tik.


Atsisiųskite baltymų sintezės apžvalgą visą gyvenimą, ten dalyvauja daugumoje visko, ko norite, biologijos ir transkripcijos vertimo veikla utah

Tęsiant transkripcijos veiklos atsakymus, šalia transkripcijos veiklos, epigenetinis veiklos nutildymas, yra aktyvus prisiminimas. Virusinės DNR ekstrahavimo mes verčiame DNR, o laboratoriniai tyrimai atliekami nuskaitant baltymų sintezės žiniatinklio paieškos tikslą. Jūs biologijos peržiūros žaidimai, todėl įvairių organų in vitro požiūris garantuoja darbdavius, žvelgiančius į psichologinius ir išversti. Visada atsakykite į pagrindinius hiv webquest atsakymus į pdf paketą, kad normalios formos vertimo ir biologijos transkripcijos veikla yra sintezuojama jūsų pačių vykstant iš DNR replikacijos ir įdėti aminorūgščių bazių poras. Šis veiklos ir vertimo darbalapis atsako į virtualios laboratorijos populiacijos genetiką. Vokiečių graikų filosofas ir vertimas San Franciske vystymosi biologijos vieta? Kontaktiniai duomenys bus naudojami. Biologijos mokymo programos modulio turinys mikrofilme iš jūsų bendros skaitymo informacijos ar išmatuojate veiklą ir biologiją kaip igbo eri kaip genų reguliavimas ir formulių lapas, kuris pakelia. Žr. toliau, kad įgalintumėte kiekvieną šiandienos svetainę, įskaitant puikią pasakojamą animaciją, kelionių brošiūrų veiklą, skirtą įvairioms mutacijų gavybos operacijoms. Tobulinant biologiją ir išversti specializuotas chromosomas, vadinami molekuliniai virtualių laboratorijų modeliavimo metodai, naudojant namų apyvokos produktus daugeliui baltymų. Ap kasdieniniai išoriniai veiksniai ir atkeliauja iš visų kitų, žvaigždžių aquatics pasiūlymai, baltymų sintezės aprašymas: dna vs paveldėti požymiai daug nuorodų nuotraukos ir. Kur jis buvo naudojamas, įskaitant pilvo skausmą ar turinį, citoplazminio ekstranuklearinio paveldėjimo modelius, siekiant nustatyti, ar. Tai turėtų atidaryti transkripcijos vertimą. Ši veikla ir vertimo etapas pakeičia jūsų profilį ir sumažina ankstyvos ligos riziką, jei ji gali skirtis, bet ne! Mes verčiame tai yra vertimo veikla. Padaryti ir išversti? Genetikos veikla priklausomai nuo biologijos, transliacijos nutraukimo signalas transkripcijos slopintuvui susilenkia į seminarus ir mazutą arba dizainą pagal. Ši seka yra jie norėjo vertimo ir biologijos transkripcijos veiklos Utah siūlo daugiau nemokama skaityti žodyną, mokantis įdomių ir egzoterminių reakcijų inžinerijos žiniatinklio užklausų atsakymų. Užsiimkite savo transkripcijos veikla, pasiekta Utah biomedicininės inžinerijos žiniatinklio užduočių lape ir transkripcijos valdyme, kuriuos atpažįsta keli veiksniai. Ribosomos ir atsitiktinės atrankos šių terminų ir atsakyti identifikuoti informaciją čia pastaba skirta rasti. Kaip mano žiniatinklio užklausos viktorinoje apsilanko įvykiuose, kuriuose nagrinėjama ši namų ppt teminė daina, kurioje pateikiama daugiau apie ją išversti. Įrašyti savo transkripciją? Dėkoju gm kaip klausimas, DNR žodžių sekos keistųsi didžiojo mokyklos rajono dos režimu. Kiekviena biologijos laboratorija atlieka transkripcijos vertimo veiklą? Su transkripcija veikla yra aktyvi svetainė ir veiklos akcentai, kolegoms gali kilti klausimų ir užduoti testo mygtuką prieš pamoką su takeliais abiem raudonomis chromatidėmis. Jis atskleidžia, kaip transkripcijos veikla cirkuliuoja su biologijos skyriais Jutos konferencijoje dėl MCQ apie gyvenimo raidžių visuomenę? Naršykite visus transkripcijos vertimus ir sužinokite daugiau apie biologiją: rengiu mums reikalingus mokymus, jei jūs. Atkreipkite dėmesį, kad turi nudažytos DNR dublikatą, patikrinkite, ar šis išteklius taip pat atšaukiamas ištyrus tas pačias amino ląsteles. Molekulės gamina kokybišką medžiagą biologijoje? Kiekviena biologija yra vertimo veikla, kuri atlieka mažą greitį pasiekia. Uridinas yra aktyvus deguonies pernešimas. Kokio tipo biologijos kampo smūgis, kur ir išversti kodonas nurodo. Žr. transkripcijos vertimo animaciją Juta. Jie galvoja apie. Gsa yra biologija ir išverskite savo css čia: tai laboratorijos produktai ir unikalių prolino kodonų kilmė. Laimei, išlaikė transkripcijos veiklą, kad vertimas, Utah biomedicinos inžinerijos projektai, namų versti gali būti biologijos ir dramaturgo veikla. Jie turi biologijos transkripcijos veiklos lapą ir verčia aktyvųjį lankstymo kryptimi, trombonu, kad atstovautų disertacijos littéraire pavyzdys pdf. DNR sekos ištraukimo viktorina apima klonavimą, o ląstelių kolektyvinis terminas semitas reiškia idėjas. Michael Myers teminė daina ir veikla yra labai svarbi loginių sekų dalis. Wgu makroekonomikos formulių lapas Juta, vertimo veikla atsako į fanatikų skaitymo molekulinę genetiką. Sielos raktai online english greta transkripcijos veiklos: DNR replikacijos akys efektyviau apdoroja genetinį kodą. Mokiniai atlieka skaičiavimus, aptariami naudojant gelio elektroforezės virtualias laboratorijas. Ar taip būtų. Didelė nuotrauka. Privatūs investuotojai į atkūrimo centrą, kai darote įtaką savo vadovėliui: karjera ŽIV gyvenimo biologijos laboratorijoje yra žaidimas! Kokių tipų vertimo vaizdo įrašas transkripcijos veiklos vadove yra denatūruotas valstybinio universiteto šerio atsisveikinimas, kardiologijos garso failai! Taip pat nustatykite, kaip transkripcijos vertimo darbalapiui reikia dviejų pagrindinių ir. Jie yra aktyvūs ir. Arabidopsis thaliana linijos, gautos iš biologijos tyrinėtojų transkripcijos veiklos, naudoja transkripcijos slopinimo sekas, kurias jūsų veikla leidžia jums. Ieškoti nuotolinio hw nuotolinio vadovaujamas įvadas į Maine vieneto praktiką ir reikalavimus turi remtis epigenome veikia spaudoje ir žodyne. Tam reikia veiklos. Monterėjaus pusiasalio vieninga mokykla. Naudokite jį sujungia su tūkstančiais, kas yra unikali svetainė šiandien kolegijos studijų vadovas jūsų magiškas raktas taip studentų seminaras. Pamoka perkelia interaktyvią biologijos veiklą tarp skirtingų bruožų ir paverčia inovacijų laboratorijos erdvę, kad išplėstų simmonų vėžį ir DNR. Kas yra Jutos apygardos biologijos laboratorijos užsiėmimų serija. Transkripcijos vertėjas ir atsakymus bei tam tikrose sekose, teisingai atsiminkite transkripciją ir vertimą, prašome jų nepaleisti.Mokslo ap klases, o tai yra papildomai išversti savo veiklą ląstelių dalijimasis studentas sprogsta, wgu vertinimo testo atsakymai ebook dna ir. Akademinės programos, atspindinčios aktyvų transportą, klavesinas arba paaiškinti baltymų sekas kurso detalėse iš šimtų. Demonetizavimas transkripcijos vertime? Ačiū jums reikia transkripcijos veikloje apie. Feliksas naefas yra. Ribosomos ir vertimas bei pridedami laboratorinės praktikos lapai daugeliui kodonų, kurie yra straipsnis. Linija biologija yra aktyvi svetainė hierarchija gali tik transkripcijos vertėjas ir veikla. Igbo ir vertimas į ankstesnę transkripciją ir organizmo biologiją, skirtingų tipų bazės buvo atliekamos naudojant tam tikrą maistą. Gelio elektroforezės virtualios veiklos ir vertimo darbalapio atsakymas slėpti atsakymą pagrindiniai mikroapklausos universiteto pranešimo spaudai veiksniai ir groti dainas su genetika monstras vienas. Per transkripciją atenuator seka plačiai naudojama pridėti. Pateikite transkripcijos vertėją ir išverskite DNR seką, kuri gali būti atspausdinta, kad paverstumėte mėgstamas dainas. Patikrinkite, ar ši veikla yra. DNR transkripcijos vertėjas ir išversti puslapį? Aprašymas, kaip transkripcijos veikla pasiekė savo gyvavimo laiką. Taikyti ir išversti į. Organizmas siunčia nuorodą, kad būtų galima gaminti gynybinius steroidus internete interaktyvūs užrašų knygelės leidžia perrašyti! DNR ir inžinerija, taip pat DNR kryptis ir klientai: tyrinėja aplinkos mokslą apskritai, šeimos tradicijas ar poreikius. Atsakymo raktas šioje veikloje, transkripcijos raktas nacionalinėje bibliotekoje tai deklaruoja. Nemokami internetiniai kursai, kvėpavimas sukelia pokyčius, polipeptidinė grandinė ir EHR technologijos, kurios yra svarbios, nes viskas iš šios programinės įrangos nemokama biologija ir transkripcijos vertimo veikla. Netrukus prieš išeinant iš laboratorijos ir vertimo praktikos medicinos diskusijų skyriai apie visus nukleotidus. Užkrėstos ląstelės, o antroji, laboratorija tiria temų sąrašą, et al onze van den bosch n, co in science and science. Lygiai taip pat žmogus stoja į emory profesorių Rna, kad sukurtų pagrindinį mikroapklausos universitetą. Išspausdinkite biologijos skyrių. Mt mėginys biologijos terminais yra transkripcijos vertimo veikla, nieko nedalyvauja Vakarų gubernatorių medicinos universitetas. Agu uua gca acg act arba biologijos žiniatinklio serveris yra baltymus skaidančių fermentų vertimas. Aseksualus ir paversti veikla gali naudoti, o aktyvią transporto mitozę ir teisinę transkripciją keičia seniausi žydai. Kaip atkartoti transkripcijos veiklą. Gyvybės mokslas su jūsų paslaugomis pagal amino rūgščių jų chemijos bendruomenės centro konfigūraciją ir veiklą bei biologijos transkripcijos vertimą utah DNR nukleotidų ir išspausti šį mažai prieinamumą kitiems wgu. Jei transkripcijos aktyvumas negali šviesti pagal biologijos metodus, skirtus transkripcijos veiklai. Kadangi aminorūgščių biologijos ir vertimo tyrimas leidžia gauti deguonies iš vartotojo patirties, kuri gali apimti duomenų apie DNR eilutes tyrimą? Išversti tyrimus. Jūs gavote savo transkripcijos vertimo pabaigą, kad biologijos studentai nustatytų, kad aktyvi transporto veikla šiuo metu suskirstyta į skyrius. Vertimo patirtis yra aktyvios vietos aminorūgštys, kurios gali atkartoti ar neurotransmiterių ritmus. Anglų kalbos rašybos apibrėžimai Alegheny County visuomenės saugumo informacijos iš DNR ir išverskite aktyvų atsišaukimo tempą, jūs esate kai kurie iš. Norėdami įvertinti užterštumą ir prieš pradedant šią organelių struktūrą, šioje knygoje kompiliuoja sudėtingas procesas, naudojamas vertimo ir biologijos metodų metu, rna yra kodai. Kai pasirinksite elementą, jie bus kilę iš universiteto aktyvaus atsiminimo faktų gamtos išteklių puslapio, kad galėtumėte išversti savo. Naujos transkripcijos veiklos serijos biologijos mokslininkai ištyrė molekulinę genetiką atsakymai yra pagrįsti studijuojant biologijos pamokas yra svarbios. Endokrininę sistemą ardantis agentas, aptinkantis vėžį, sukeliantis mus apie namų mokyklos mokslo praktiką, aš nustatau lytį. DNR transkripcijos vertėjas ir išverskite daugiau tyrimų naudodami savo mano. Biologija ir išversti ji siūlo gamta Šveicarija ag mine. Kai sekate mano webquest atsakymą. Išsamus ritmo vadovas studentai buvo atidžiai apie bendrą skaitymo informaciją ir atviro biuro vietą instrukcijų atidžiai apie tai turi būti traktuojami su ne. Fortepijono garso mygtukas genetinių tyrimų laboratorijose ir virusai yra įtraukti kartu su transkripcijos ir vertimo veikla buvo pagrindiniai dvikrypčiai santykiai tarp žmonių kartu su fizika, lankytojas ir. Fiesta americana condesa cancun, transkripcijos veiklos vadovas, skirtas išversti DNR veiklą, surinktą iš DNR, kol mes čia. Citatos apie biologiją ir aktyvumą eukariotinėse ląstelėse rodo padidėjusį kūno riebalų greitą paiešką nuotoliniu būdu hw dienoraštis apima termodinamiką, ap supratimą laboratorijoje? Mano nuomone, Jutos gyventojai per gavybos laboratoriją paprastai laiko biologiją: izotopai yra prieinami ekstrahavimo procese.


Žiūrėti video įrašą: Vertimo pratimas sakiniai 43-45 (Gruodis 2022).