ВВЕДЕНИЕ
Отличительной чертой эукариотической клетки является разделение содержимого ячейки в специализированные мембраны ограниченных отсеков. Эти органеллы обеспечивают множество преимуществ для ячейки, в том числе защиты остальной части клетки от опасной реакции Prod-дуктов, создавая градиенты, которые могут быть использованы для биологических процессов, а также разделение потенциально мешающих путей.
Разбиение эукариотической клетки привело Wallin предположить, в 1920-х годах, что она представляет собой набор симбиотических микроорганизмов (Wallin, 1927). Из многочисленных органелл в эукариотических клетках, два свидетельствуют о эндосимбиозе, так как они содержат небольшие геном и ограничены двойные вместо одиночных мембран: в мито-chondrion и хлоропласты (или, более GENERI-ский, пластида). Их геном кодируют ключевые белки, необходимые для специализированной функции этих органелл, в том числе некоторых компонентов
отдельная система перевода, и вариабельные фаланги других генов. К 1970 году эти странности стимулировали Маргулис предложили теорию эндосимбионта (Маргулис, 1970), которая постулирует, что сегодняшний день эукариот возникла из нескольких InterACT-ки организмов и, более конкретно, что эти органеллы являются остатками поглощенной prokary-ушных клеток, Первоначально рассматриваются как диковинные, сегодня эта идея прочно закрепилась в биологической доктрине. Наряду с теорией эндосимбионта, студенты узнают, что митохондрия является движущей силой клетки и что фотосинтез происходит в хлорсодержащем Plasts, но обычно мало знает о других жизненно важной метаболической деятельности, осуществляемой этих органеллами.
В происхождении этих органелл лежат новую possi-ности для вмешательства при заболеваниях, вызванных apicomplexan паразитов, в том числе врожденных дефектов, слепоты и энцефалита в связи с Т. гондиями, малярией, вызванной Plasmodium видов и NUMER-OUs ветеринарных заболеваний. Интенсивный интерес к
Токсоплазма. Модельные Apicomplexan-перспективы и методы, под редакцией Weiss & Kim
ISBN-13: 978-0-12-369542-0
ISBN-10: 0-12-369542-2
Copyright © 2007 Elsevier Ltd.
Все права воспроизведения в любой форме зарезервированы.
208 APICOPLAST И митохондрия токсоплазма
эндосимбионта органеллы apicomplexans заключается в понимании того, что эти паразиты имеют не один, а два экстрахромосомные ДНК, каждый проживающий в своем собственном органеллы. Сингл митохондрия имеет минимальный геном с уникальными генами рРНК и предположительно уникальных рибосом. Второй органелл является apicoplast (apicomplexan пластид), пережиток фотосинтетического прошлого. Существует только одна apicoplast на клетку, и геном содержит это остаток хлоропласт ДНК. Этот новый и совершенно непредвиденным данные предполагают наличие растений, как метаболические пути совершенно отличных от тех, в позвоночных хозяев. Такие пути обеспечит множество новых химиотерапевтических целей. Уникальные характеристики APICOM-plexan митохондрий также присутствующие возможностей для вмешательства.
Работа над apicoplast и митохондриями Т. гондий неразрывно связана с изучением этих органелл в плазмодии. Малярийный плазмодий, в частности, интенсивно изучаются в связи с его наиболее актуален для здоровья. В то время как следующие разделы посвящены Т. гондиям, работать с другими APICOM-plexans будет отмечено. Для некоторых тем, работа по П. малярийного превалирует и описывается более подробно, чтобы обеспечить основу для под стоящей органеллы Т. Gondii. Несмотря на многие сходства, есть также некоторые удивительно отличаются-ences между Т. гондий и П. малярийного. Следовательно, предсказания apicoplast или Мито-chondrial функций на основе данных только из одного организма должны быть закаленным с осторожностью. Темы включают краткую историю идентификации и происхождение органелл, содержание генома и экспрессии генов, репликации, и оборот белков в органеллы. Мы также обсуждаем идеи из исследований антибиотических чувствительности, органеллы Metabo-ЛМЗС, и потенциал для дальнейшего развития лекарственного-ления. Для тех, кто ищет дополнительные детали, там было несколько недавних обзоров по темам в этой главе, наиболее сосредоточившись на apicoplast (Фот и Макфадден, 2003; Seeber, 2003, Ральф и др., 2004;
Сато и Wilson, 2005; Уоллер и Макфадден, 2005; Wiesner и Seeber, 2005; Wilson, 2005).
APICOPLAST
История
Электронные микрофотографии при условии, что первое указание на различных субклеточных органелл в Т. гондий (рис 9.1). Некоторые появляются довольно обычными, такие как ER, Гольджи и митохондрии, ограниченной двумя мембранами. Другие являются новыми для APICOM-plexans. Известные примеры включают rhoptries, micronemes, плотные гранулы, и коноид, включающее апикальной комплекс, из которого филюм берет свое название (как описано в главе 11). Паразиты также обладают необычной структурой, называемой внутренним мембранным комплексом, который лежит под плазматической мембраной в апикальной половине клетки. Среди новых органелл, описанных в начале исследования apicomplexans был один в окружении нескольких мембран, но которые не имели obvi-УЮ функция. Он даже не имеет одинаковое название в разных apicomplexans, известный как сферическое тело в плазмодии, Lamellärer Körper, Hohlzylinder и Гольджи придаток и vésicule plurimembranaire в Т. гондиях и Grosse Vakuole мит Kräftinger Wandung в Егтепе, чтобы назвать несколько (цитируется в Siddall, 1992). Множественные мембраны при условии, что первый ключ к необычной идентичности органеллы, но хотя вторичный endosym-биоз уже использовались в качестве происхождения некоторых хлоропластов (Гринвуд и др, 1977;. Ли, 1977; Gibbs, 1978;. Whatley и др 1979), то possi-Билить, что это может иметь отношение к мистерии органелле была пропущена на протяжении десятилетий.
Следующая подсказка пришла от изучения паразитов геномов. В 1984 году Borst и его коллеги сообщили 12-микронного и 23-микронного круговые extrachromoso-MAL ДНК из T. гондий, причем последний голова к хвосту димеров (бывший Borst и др., 1984). Когда распространяются для электронной микроскопии, многие из мольных-лекул приняли крестообразную структуру. Эти данные повторил ранее отчеты аналогичного размера круговых экстрахромосомных ДНК в Plasmodium lophurae
APICOPLAST 209
A В
РИСУНОК 9.1 Ультраструктурный появляются-ренционной apicoplast и митохондрий-chondrion в Т. гондий.
(A) Электронная микрофотография участка через внутриклеточного тахизоит, показывающий apicoplast (А), а две области продолговатого mitochon-drion (Mi), кпереди от ядра
(N). Бар çíàê ðàâíî 500 нм.
(B) Расширение коробочной области от рис 9.1a, повернуто на 90°оставил. Обратите внимание на несколько мембран, ограничивающих apicoplast, палец, как криста митохондрии, и тело Гольджи (G). Барçíàê ðàâíî100 нм. Изображение предоставлено Дэвид Фергюсон, воспроизведено с разрешения Ferguson и др. (2005), Eukaryot. Ячейка 4, 818, с незначительной модификацией (вращение).
(Kilejian, 1975) и Plasmodium berghei (Дор и др., 1983). Эти молекулы соответствовал диапазону размера и конформации ожидаемой для митохондриальных геномов одноклеточных эукариот, и так сразу же были помечены как таковые. Это было, конечно, логический вывод. Это тоже неправильно. Кто заподозрил бы это были реликтовые хлоропластов геномы? Единственный ключ был крестообразный струк-ры, характерные для хлоропластов, но не митохондриальные геномы. Конечно, никто не соединен круговые геномов с мульти-membraned органеллы.
Исследования органелл ДНК в apicomplexans были изначально преследовали исключительно в плазмодии. Williamson, Уилсон, и его коллеги определили три полосы в изопикнических градиентах сахарозы плотности
Plasmodium knowlesi (Williamson и др., 1985) и
П. фальципарум (Гарднер и др., 1988) лизаты. Один из них был легче, чем основная полоса ядерной ДНК, как это обычно имеет место для митохондриальных геномов. Это оказалось ~ 35 кб кольцевой ДНК (Williamson и др, 1985;.. Гарднер и др, 1988), и когда разброс
для электронной микроскопии она продемонстрировала Cruci-форма структуры (Williamson и др., 1985). Таким образом, отображаются характеристики ранее сообщалось о «митохондриальной» ДНК из apicomplexans.
Нижний диапазон на фальципарум градиенте P., описанный как «диффузные и слабо флуоресцентный» (Feagin и др., 1992), мигрировал чуть ниже полос ядерной ДНК и оказался содержат тандемные повторы последовательности ДНК в 6 кб. Подобная последовательность повторяется была определена в P. yoelii (Vaidya и Arasu, 1987; Suplick и др, 1988;.. Вайдья и др, 1989) и P. gallinaceum (Aldritt и др., 1989, Джозеф, 1990). После секвенирования, было обнаружено, что «6 кб элемент» во всех трех видов, чтобы кодировать классические митохондриальные белки (apocy-tochrome б, початки; цитохром с оксидазы субъединицы I, СОХ1 и субъединичные III, cox3), и небольшие, фрагментированные рРНК (Aldritt и др., 1989,. Вайдья и др, 1989; Джозеф, 1990; Feagin, 1992;. Feagin и др, 1992) (смотри раздел 9.3.2). Несмотря на миниатюрные размеры, этот повторен элемент имеет необходимый минимум генов неизменно
210 APICOPLAST И митохондрия токсоплазма
ожидается в митохондриальных геномов (Gillham, 1994). Но если 6 т.п.н. элемент был mitochondr-МВЛ геном, что было ДНК 35 кб?
Анализ 35 кб ДНК показал, что она содержит большое инвертированный повтор, состоящий из двух копий малой субъединицы (SSU) рРНК и большая субъединица (СМЛ) рРНК, расположенные хвост к хвосту (Гарднер и др., 1988, 1991а, 1993), В рРНК аналогичны прокариот, как и ожидалось для обеих Mito-chondrial и пластид рРНК. Однако, mitochon-drial геномы обычно не дублировали рРНК, в то время как те, хлоропластов сделать (Gillham, 1994). Дальнейшее секвенирование показали, что ДНК 35 т.п.н. также кодирует субъединицы в эубактерий, как РНК-полимеразы (Гарднер и др., 1991b). Это недвусмысленно пластид характеристикой; все пластид геномы изучены до сих пор закодировать и тран-скрайбированной такими РНК-полимераз. Некоторые пластиды импортировать один или несколько дополнительных РНК-полимеразы из цитоплазмы. По сравнению, почти все мито-chondria используют один субъединица РНК-полимеразы, наиболее тесно связанной с фаговой РНК-полимеразы (Gray и Lang, 1998). Дальнейший анализ от идентифицированных П. фальципарума 35 кб ДНК коих-нентов в системе органеллы перевода, но без каких-либо фотосинтеза связанных генов.
Интуитивно, хлоропласт геномы Epifagus вирджинского, не-зеленых растений, и Астазия Лонгис, не-зеленых водорослей, находились под Analy-лиза в то же самое время. Они оба значительно уменьшается в размерах по сравнению с теми из зеленых растений. Пластиды закодированы гены, связанные с фотосинтезом отсутствовали, но те, которые необходимы для экспрессии генома органелл были сохранены, в том числе рРНКа продублирован в качестве инвертированного повтора (обзор dePamphilis и Palmer, 1989). Параллели с т.п.н. ДНК P. фальципарум 35 поразительны (рис 9.2). С накопительных данными, ранее implausi-BLE объяснение, что 35 кб ДНК были получены из хлоропластов ДНК становится все более believ-состояние (Wilson и др, 1991;. Палмер, 1992). В настоящее время установлено, что apicomplexans есть предки в царстве растений,
Т. гондий пластид геном был секвенирован с 1997 года (U87145 GenBank присоединения, RefSeq NC-001799). Она поразительно похожа на его П. малярийного
Nt - 156Kb
Ev - 70kb
Pf - 35Kb
инфракрасный инфракрасный
инфракрасный инфракрасный
инфракрасный инфракрасный
РИСУНОК 9.2 Пластид структура генома. Схематичное изображение из геномов пластид Nicotiana аЬасит (Nt), зеленого растения; Epifagus виргинского (Ev), не-зеленые растения, и П. фальципарум (Pf). Геномные размеры указаны. Характерная черта каждого генома инвертированный повтор, производство два ИК областей на геном (утолщенные линии). IRs включают рРНК, тРНК, и П. Falci-parum, некоторых белок-кодирующих генов, за исключением. Размер ИК для Н. аЬасит, Е. вирджинского и П. малярийного: 25 кб, 23 кб, и 5 т.п.н., соответственно.
коллега по содержанию генов и организации (смотри раздел 9.2.3). Полные последовательности генома apicoplast в настоящее время доступны еще три apicomplexans - (. Cai и др, 2003) куриный патоген Eimeria tenella и возбудители крупного рогатого скота
Theileria парва и Babesia Бови (ОТ Lau, О Roalson, К.А. Брайтон, В.М. Нене, ДП Knowles, и TF McElwain, личное сообщение) (Гарднер и др., 2005) - и частичные последовательности доступны для многих других видов (Lang-Unnasch и Айелло, 1999;. Obornik и др, 2002о). Секвенирование генома проекты патогена Sequencing группы на Sanger Institute обеспечивают apicoplast последовательности генов для дополнительной APICOM-plexans, в том числе Theileria членистого, Babesia
bigemina, А также несколько видов Plasmodium (https://www.sanger.ac.uk/Projects/Protozoa/). Сохранение содержания генов и организация геном сильно; Основное отличие заключается в том, что piroplasms Babesia и Theileria имеют только одну копию транскрипции рДНК блока
| APICOPLAST |
(Гарднер и др, 2005;.. Lau и соавт, персональный commu-nication). Такая высокая степень сходства генома сочетается с функциональным сохранением, которая в значительной степени зависит от импорта nuclearly кодируемых белков (см разделов 9.2.7 и 9.2.9). Это делает Toxoplasma отличную модель для изучения apicomplexan пластид.
Сохраняющийся вопрос был внутриклеточное расположением 35 кб генома. Это не совместно локализуется с митохондриального генома в градиентах сахарозы P. лизатов (тропической Вильсон и др., 1992), так что митохондриальный расположение представляется маловероятным. В качестве остатка хлоропласта генома, он должен находиться в органеллах с более чем одной ограничивающей мембраной. 35 кб ДНК был геном без дома, и сферическое тело органеллы без роли - могут они пересекаются? Четко определенная структура субклеточная Т. гондий делает его более пригодным для биологических исследований клеток, чем P. фальципарум, так что это не удивительно, что локализация вопрос был впервые ответил на Т. гондий. В середине 1990-х года, исследование гибридизации с использованием зондов, полученные из Т. гондий 35 кб в ДНК показала, что этот геном находится в органеллах, расположенных как раз апикальной к ядру, доселе таинственные мульти-membraned органелл (Макфэддно и др, 1996;.. Келер и соавт, 1997). Кб ДНК П. фальципарум 35 также была продемонстрирована на проживание в соответствующей органелле (Вильсон и др., 1996). Множество имен органеллы были заменены одним термином: в apicoplast, для apicomplexan пластид. Решая начальные тайны бездомных
геном и необъяснимая органелла имеют Gener-ованный ряд увлекательных вопросов: Как группа облигатных внутриклеточных паразитов получает, что пнули-три раз в день? Почему она была сохранена в не photosyn-тетический организмов? Какую роль она играет в клетке? Какие возможности для результата вмешательства болезни от присутствия генов «растений» в протозойных патогенах?
Evolution
Данные указывают на одного происхождения митохондрий, с α-proteobacterial предок (обзор в Ланге и др., 1999). Несмотря на ранние предположения, что там может быть больше, чем один источник хлоропластов, самые последние данные теперь указывают на один endosym-биотических случае там же, с поглотил организм будучи фотосинтетический цианобактерии (обзор Gray, 1993; McFadden и ван Dooren, 2004). Характерные двойные мембраны как-chondria митохондрий и хлоропластов, как полагают, отражают эндосимбиотическое событие, которое производится их. По мере того как отношения развивались симбиоз, многие гены в охватившем партнере были переданы в ядро, и эти генные продукты, необходимые для органелл функции были переведены в цитозоле, а затем импортированы через две мембраны в органеллы. Тем не менее, ряд организмов не только два, а три или четыре ограничивающей мембрана вокруг их хлоропластов. Для объяснения этого эндосимбионта гипотеза была расширена за счет включения вторичного эндосимбионтной (рис 9.3), в
A В С
N
N п 
N N 
N п п
M NP NP
M M M
РИСУНОК 9.3 Вторичный эндосимбионтной влечет за собой в качестве полного охват водорослевой клетки с помощью эукариота (А); потери генов из водорослей клетки, с некоторыми переданы на хост-ядра (B); и, наконец, потеря ядра водорослей, leav-ную за органеллы, ограниченной четырьмя мембранами (С). Дальнейшие шаги могут уменьшить количество связанных-тов мембран до трех. Р, пластид; М, митохондрии; N, ядро. Синий, клетка-хозяин; зеленый водорослевые клетки. Эта цифра воспроизводится в цвете в разделе Цвет пластины.
212 APICOPLAST И митохондрия токсоплазма
которых оба партнера являются эукариоты (рассмотренные в Арчибальда и Килинг, 2002). Все случаи, известные на сегодняшний день включают в полном охват фотосинтетической водоросли, которая уже несет в хлоропласты. Две внутренние мембраны, как полагают, являются оригинальные хлор-Plast мембраны, третья мембрана, представляющая внешнюю мембрану клетки водорослей, а внешний наиболее мембраны, вытекающие из системы хоста endomem-бране. Потеря одной мембраны имеет место в некоторых организмах. Эвгленовые (три мембраны), динофлагелляты (обычно три мембраны), хлорно-arachniophyte водоросль (четыре мембраны), и криптофитовая водоросли водоросли (четыре мембраны с самым внешним представляясь, слитые с принимающим шероховатым ЭР) являются яркими примерами организмов с вторичными хлоропластами.
Множество других мембранных структур в Т. гондиях и клетках P. тропических сделали его Chal-lenging, чтобы определить количество мембран, окружающих apicoplast. Многочисленные электронные микрофотографии показывают четыре мембраны, окружающие apicoplast Т. гондий, и это число Gener-союзник принят (Kohler и др, 1997;. Макфэддны и Русы, 1999). В недавней работе Келер (2005) утверждает, основываясь на просвечивающей электронной микро-графов, что apicoplast Т. гондий имеет только две ограничивающие мембраны, и в действительности является первичным, а не вторичного пластид. Тем не менее, это предположение не согласуется с механизмом торговли, используемым для целевого nuclearly закодированных белков в apicoplast (смотрите раздел 9.2.7). Отчеты для Plasmodium смешиваются. Хопкинс и др. (1999) описал три ограничивающей мембраны и многочисленные соседние мембранные мутовки, в то время как Макфэдден и Руса (1999) сообщили о четырех мембран, как и в T.gondii, и несколько других apicomplexans (обзор в Waller и McFadden, 2005). Методы подготовки образца для электронной микроскопии могут повлиять на сохранение структуры мембраны и могут объяснить различия сообщались.
Криптофитовые водоросли и водоросли chlorarachniophyte особенно интригующим. Мало того, что их хлор-Plasts окружен четырьмя мембранами, а остаток ядра, то nucleomorph, прижимается между вторым и третьим мембран. Nucleomorph геномы значительно снижается, только с три небольшие хромосомы на общую сумму несколько
сто т.п.н. ДНК (Gilson и McFadden, 1996;. Дуглас и др, 2001). Несмотря на свои небольшие размеры, эти геномы кодируют компоненты для их собственного увековечивания и выражения, а также несколько других белков, в том числе некоторые, предназначенные для импорта в хлоропласт (Gilson и Макфадден, 1996, 1997;. Zauner и др, 2000). Большинство генов, необходимых для фотосинтеза были перенесены в ядро, и их белковые продукты продаются во всех четырех мембран. В отличие от этих водорослей, apicomplexans потеряли ядро эндосимбионта и гены фотосинтеза, связанные, что они больше не нуждаются в внутриклеточных паразитов. Тем не менее, они по-прежнему используют apicoplast в качестве синтетического отсека (смотри раздел 9.2.9).
Движение чужеродных генов в ядро-хозяина, называется боковой перенос генов (обзор в Дулитл и др, 2003;. Bapteste и др., 2004). Как было отмечено выше, некоторые перенесенные гены кодируют Prod-дуктов, которые продают обратно в органеллы. Другие могут обеспечить хост с новыми синтетическими возможностями в цитозоле или других отсеках. Третьи могут быть избыточными, что позволяет для эволюции новых функций, в то время как некоторые из них могут просто заменить соответствующие эндогенные гены. Быстро растет пул последовательностей генома значительно ускоряется наше понимание бокового переноса генов, показывая, что это будет широко распространено и значительный объем. Вторичный эндосимбионтной допускает дополнительную боковую перенос генов, как из ядра и хлоропласта из endosym-Бионта к ядру хоста. Важно отметить, что это означает, что гены от ядра эндосимбионта, в котором может не иметь никакого отношения к функции пластид, могут по-прежнему дают представление полезное для расшифровки истории вторичных эндосимбионтов. Филогенетический анализ apicomplexans рассмотрел гены, кодируемый геном apicoplast, ядерные гены, кодирующие apicoplast-целевые белки и гены, не связанные с apicoplast функции.
Повторяющийся вопрос в анализах APICOM-plexan эволюции является идентичностью вторичного эндосимбионта: было ли это красное или зеленый водоросли. Этот вопрос не был решен, так как данные, поддерживающие оба раздоры были Гаф-Эред (таблица 9.1). Первоначальные анализы показали, что гр (Гарднер и др., 1994b) и rpoC1 (Хау, 1992)
| APICOPLAST | ||||
| Таблица 9.1 Анализ apicoplast происхождения | ||||
| Организм | Ген (ы) испытания | Заключение | основа | Ссылка |
| П. фальципарум | РПО В | Завод, как / не | филогенетического | Гарднер и др., |
| бактериальный | сравнения | 1991b | ||
| Sarcocystis, | 16S рРНК | монофилия | филогенетическое | Gajadhar и др., |
| Theileria, а также | apicomplexans | сравнения | ||
| Crythecodinium | и динофлагелляты | |||
| множественный | 5S и 16S | монофилия | филогенетического | Wolters, 1991 |
| рРНК | apicomplexans | сравнения | ||
| и динофлагелляты | ||||
| П. фальципарум | РПО С | Завод, как / не | филогенетического | Howe, 1992 |
| бактериальный, | сравнения | |||
| вероятно, зеленый | ||||
| П. фальципарум | ORF470 (sufB) | красный | Подобный ген | Уильямсон и др., |
| красные водоросли | ||||
| П. фальципарум, | Apicoplast | красный | филогенетического | Egea и лэнгмю |
| B. Бови | рРНК | сравнения | Unnasch, 1995 | |
| П. фальципарум | Рибосомальная | красный | рибосомы белок | Уилсон и |
| белки | супер кластера | Williamson, 1997 | ||
| П. фальципарум | множественный | Не зеленый | филогенетического | Бланшар |
| apicoplast- | сравнения; | Hicks, 1999 | ||
| закодированный | кладистический анализ | |||
| гены | потери генов и | |||
| перегруппировка | ||||
| П. фальципарум | Рибосомальная | красный | рибосомы белок | Stoebe и |
| белки | супер кластера | Kowallik, 1999 | ||
| П. фальципарум, | пластид рРНК | красный | Поддержка монофилии | Чжан и др., 2000 |
| Т. гондий | из apicomplexans | |||
| и динофлагелляты | ||||
| П. фальципарум, | GAPDH | красный | Потеря цианобактерий | Быстро и др., 2001 |
| Т. гондий | GAPDH разделяют | |||
| apicomplexans и | ||||
| динофлагелляты | ||||
| множественный | пластид SSU | зеленый | Apicomplexans группа | Obornik и др., |
| рРНК | ближе к зеленым водорослям | 2002b | ||
| T, парва, P. | рулевой 2 | зеленый | Разделение гена СОХ-2 с помощью бокового | Фюнес и др., 2002 |
| фальципарум, | переход от зеленого | |||
| Т. гондий | водорослевые эндосимбионта | |||
| T, парва, P. | рулевой 2 | Не зеленый | Разделение гена СОХ-2, может | Уоллер и др., 2003 |
| фальципарум, | быть независимо друг от друга | |||
| Т. гондий | полученный | |||
| E. tenella | РПО В, rpoC1, | зеленый | Филогения | Cai и др., 2003 |
| РПО С2 | ||||
| Т. гондий | тропинка | красный | полисахарид хранения | Коппин и др., |
| ферменты | биосинтез похожи | |||
| к тому, что из красных водорослей | ||||
| B. Бови | Шесть пластид | зеленый | Филогения | Lau и др., Персональные |
| гены | связь | |||
214 APICOPLAST И митохондрия токсоплазма
были больше похожи на хлоропласты аналоги, чем бактериальные из них. Филогенетический анализ apicoplast-кодированные генов, рассматриваемых по отдельности или в группах, как правило, имеет благоприятствование зеленых водорослей происхождения (Kohler и др, 1997;.. Цай и др, 2003;. Lau и соавт, личное сообщение). SufB (тогда названный ORF470), с>50-процентная идентичность с красным водорослевым геномом хлоропласта, является исключением (Williamson и др., 1994). Красный водорослевые происхождение также благоприятствует расположение пластид-кодированных рибосомных белков, характерной часто считается различать красный от зеленых водорослей (Stoebe и Kowallik, 1999). В то время как прогнозы от расположения генов наблюдений сдерживаются доказательствами значительной перестройки пластид геномов в не фотосинтетических водорослях и растения по сравнению с их близкими фотосинтезирующих Рели-ставитель (Stoebe и Kowallik, 1999), сравнение потери генов также способствует красную водорослевые родословной для apicoplasts. Гены rpl3, rpl6, rps5, rps17, clpC и sufB (тогда названный ycf24) находятся в apicoplast генома и красной водоросли рода, но отсутствуют в зеленой водорослевой линии (Blanchard и Hicks, 1999). Чтобы еще более усложнить картину, Obornik и др. (2002b) отмечает, что apicoplast кодированного rpsl2, rpl2 и rpsl4 наиболее близки к митохондриальным коллегам, выступая за возможный боковой перенос митохондриальных генов в геном пластиды. Такие передачи генов органелл-к-органеллы были ранее сообщалось (обзор в Stern, 1987).
Исследования с участием широкого спектра генов и организмов последовательно показали, что APICOM-plexans наиболее близко кластер с динофлагеллят и инфузорий (Gajadhar и др, 1991;. Wolters, 1991); вместе, они составляют альвеолярную клады. Так как вторичные пластиды динофлагеллята широко рассматривается для выведения из красной водорослей линии, это соотношение показывает, красную линию водорослей для apicomplexan пластид. Nuclearly закодирован фермент глицеральдегидфосфатдегидрогеназа dehydroge-Nase (GAPDH) представляет собой хороший пример этого рассуждения (быстрый и др., 2001). Растения, эвгленовые, и красные и зеленые водоросли кодируют два GAPDHs в ядре, один эукариот и один cyanobacter-МВЛ происхождения. Динофлагеллят и apicomplexans также имеют два гена GAPDH, но они получают из
очевидное дублирование эукариотической GAPDH. Цианобактерий GAPDH была потеряна. Это сходство в потере гену приводит доводы в пользу общего происхождения для динофлагеллята и apicomplexans и, соответственно, красной водоросли происхождения для apicoplast.
Тип полисахарида хранения производится клетками и пути, по которым они делают его сохраняются в пределах больших таксономических групп, но различаются между ними. Т. гондий bradyzoites содержит многочисленные крупные гранулы, содержащие амилопектин хранения. Apicomplexans и динофлагелляты делают их полисахариды хранения с помощью пути в УДФ-глюкозы, как красных водорослей, тогда как растения и зеленые водоросли используют систему АДФ-глюкозы (Коппин и др., 2005). Опять же, доказательства наклоняется в сторону красного водорослевого предка.
В интересный поворот, митохондриальный геном было предложено представить доказательства зеленого водорослевой apicoplast предка (Фюнес и др., 2002). В apicomplexans и зеленых водорослей, то mitochondr-МВЛ цитохром с оксидаза II (СОХ-2) ген был разделен на два генов и переносили в ядро. Каждый ген кодирует свою собственную последовательность нацеливания, поэтому их белковые продукты, кажется, переправляют в митохондрии самостоятельно. Филогенетический анализ генов Раскола СОХ2 от Т. гондия, П. малярийного и Т. Парвы показал им кластер-ING наиболее тесно с зелеными водорослями. В противоположность этому, митохондрии кодируются apocytochrome ген б того же вида, сгруппированных с красной водоросли. Авторы предпочитают интерпретацию, что ген сплит СОХ-2 был приобретен из ядра в secondar-ILY endosymbiosed зеленых водорослей,
Эта интерпретация была поставлена под сомнение (Waller и др., 2003). гены реснитчатых СОХ2 имеют вставку 300 аминых-кислоты в точке дизъюнкции, найденной в СОХ2 из apicomplexans и зеленых водорослей. Значительные вариации, таким образом, переносятся в той части белка, и последовательности СОХ2 сплита может быть получены независимо - точка подкреплено отсутствием сохранения интронов участков между apicomplexan и зелеными водорослями генами СОХ-2. Так как большинство митохондрии кодируемых генов отсутствуют интроны, они, вероятно, были приобретены после переноса ядра. Включение реснитчатых последовательностей в COX2 филогенетического анализа ставит инфузория между
| APICOPLAST |
Apicomplexa и зеленые водоросли. Эти данные доказывают, что раскол гена СОХ-2 в apicomplexans не обеспечивает сильную поддержку зеленой водорослевой линии (Валлер и др., 2003).
Претензии по красной или зеленой водорослевой линии для apicomplexan эндосимбионта не будет легко решить, так как несколько линий доказательств могут быть выстраивали с обеих сторон дебатов. Действительно, исключительное требование для любой не очень подходит для данных (Фюнес и др., 2004). Правда, если это когда-либо будет достигнуто, вероятно, потребует более обширной аны-ГОСА, не apicomplexan альвеолятов.
Apicoplast геном
Число пластид геномов на клетку оспаривается. На основе гибридизации нуклеиновых кислот, Кёлер и др. (1997) сообщило 5-6 копий на клетку для Т. гондия пластид геномов и одним генома пластиды на клетку для P. фальципарума. Это кон-согласуется с предшествующей оценкой 1-2 копий для P. малярийного (Wilson и др., 1993). Совсем недавно, Мацудзаки и др. (2001) повторно исследовали количество копий генома путем измерения apicoplast-локализованы флуоресценции следующим DAPI окрашивания. Их анализ показывает 25 копий apicoplast генома T. гондий и 15 в П. малярийного - значительное увеличение в обоих случаях. Несколько копий генома будет способствовать ремонту Мута-ций путем генной конверсии, делая более высокие числа привлекательными с функциональной точки зрения, но этот вопрос остается нерешенным.
Когда способность фотосинтетическая не требуется, потеря генов фотосинтеза, связанные с хлоропластами генома глубока (обзор в dePamphilis и Palmer, 1989). Хлоропласты геном среднее 150-200 кб по размеру, но те из нефотосинтетических растений ~ 70 кб и пластиды геном Т. гондий составляет ~ 35 кб (рис 9.2). Apicoplast геном очень похожи, предполагая, что большая часть сокращения кодирования мощности произошла до расщепления apicomplexan линии возрастов. Геномы P. малярийного (Wilson и др., 1996), Т. гондий (ToxoDB), и E. tenella (Cai и др.,
2003) все ~ 35 кбайт, с большим инвертированного повтора. Блок повтора состоит из малой субъединицы (SSU) и большие субъединицы (LSU) рРНКа кодированных
голова к голове и разделены на семь генов тРНК. Один ген тРНК находится в положении 3'концы обоих рРНК. Как уже отмечалось выше, эта организация очень напоминает хлоропластов геномов. Любопытно, что apicoplast геном в piroplasms Т. Парвов (Gardner и др., 2005) и В. Bovis (Lau и др., Личное сообщение) не хватают повторения STRUC-TŪRE и имеют только один набор рРНКа без промежуточного тРНКа, Это уменьшает размер генома до ~ 22 кб.
Содержание гена apicoplast геном высоко консервативно, хотя относительное расположение генов может отличаться. Сходство этих геномов друг к другу являются наибольшими в пределах каждой таксономической группы, как ожидалось. С другой стороны, Cryptosporidium parvum, которые ранее считались кокцидий (например, Toxoplasma и Eimeria), испытывает недостаток в apicoplast генома, а также органеллы и ее метаболические пути (Риордан и соавт, 1999, 2003;.. Zhu и др 2000a). Рассмотрение последовательности генома культуры C.parvum в дальнейшем поддерживает свои значительные отличия от других кокцидий (Keithly и соавт, 1997;. Zhu и др., 2000b). В настоящее время считается более похожим на грегарин, apicomplexan паразитов насекомых и моллюсков.
Большинство apicoplast гены кодируют компоненты, необходимые для экспрессии apicoplast генома (рис 9.4). Все тРНК, необходимый для apicoplast синтеза белка кодируется apicoplast генома, хотя они сгруппированы по-разному в piroplasms, чем в coccideans и споровиках (Wilson и др, 1996;. Гарднер и др, 2005;.. Lau и соавт, личное сообщение). Белок кодирующие гены включают три субъединицы мульти-субъединицы, эубактерий-подобной РНК-полимеразы A: (. Уилсон и соавт, 1996) гроВ, rpoC1, и rpoC2, как это имеет место для хлоропластов геномов. Хлоропластов геномы также обычно кодировать rpoA, оставшуюся большую субъединицу РНК-полимеразы (Gillham, 1994). В П. фальципаруме, что ген найден в ядерном геноме и имеет предсказанную последовательность apicoplast ориентации (PF13_0040). Высоко скоринг последовательность может быть обнаружена в T. гондий генома путем запроса BLAST (Feagin, неопубликованные результаты). Другие белок-кодирующие гены включают 17 рибосомных белков, а фактор элонгации трансляции Ту (Wilson и др., 1996).
216 APICOPLAST И митохондрия токсоплазма
NRM
LSU рРНК
T HC LMYSDEP S19 S17
