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2.14 : Session 15 - Biologie

2.14 : Session 15 - Biologie


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SÉANCE 15

Aujourd'hui, vous allez

  • Analysez vos données de séquençage à partir de la mutagenèse dirigée
  • Utilisez le PyMol programme de visualisation de la structure pour visualiser les structures cristallines Abl de type sauvage et mutantes, et remplir la feuille de travail de visualisation de la structure.

1.) Discutez des résultats des tests d'activité et d'inhibition en classe.

2.) Analysez vos données de séquençage pour la mutagenèse dirigée à l'aide d'ADN strider ou d'un autre programme de séquençage d'ADN. Imprimez une copie de l'analyse ADN pour votre rapport final.

3.) Utilisez PyMol pour analyser les structures cristallines de la liaison Abl aux inhibiteurs et remplissez la feuille de calcul de visualisation de la structure.

VISUALISATION DE LA STRUCTURE

Pour cet exercice, vous utiliserez le programme de visualisation de structure PyMol pour analyser les structures cristallines de la base de données protéiques (PDB) du domaine Abl kinase lié à divers inhibiteurs de petites molécules.

Vous verrez les structures cristallines suivantes :

  • Entrée PDB 1IEP : domaine wt Abl kinase lié à Gleevec
  • Entrée PDB 2GQG : domaine wt Abl kinase lié à Dasatinib
  • Facultatif… Entrée PDB 2F4J : le mutant H396P (résistant au Gleevec) du domaine Abl kinase lié à l'inhibiteur de kinase VX-680

Vous devrez télécharger le fichier PDB pour chaque structure. Allez sur www.pdb.org, et dans la barre de recherche supérieure, tapez le code d'ascension à 4 caractères (c. 1PEI) pour la structure souhaitée.

Une fois que vous êtes sur la page de structure, dans la colonne de gauche sous "Télécharger les fichiers", choisissez "Texte PDB" et enregistrez le fichier quelque part où vous pourrez le retrouver plus tard. Faites cela pour les trois structures.

Veuillez garder les points suivants à l'esprit lorsque vous visualisez ces structures

  • Les structures de poids 1PEI et 2GQG chacun comprend deux molécules indépendantes (ce qui signifie que deux domaines de kinase sont dans chaque cristal, et que les deux n'interagissent pas) en plus des inhibiteurs de petites molécules. En visualisant ces structures, vous sélectionnerez une seule copie de chaque domaine kinase (« chaîne a » à observer.
  • La numérotation des structures Abl est identique à celle de votre manuel de laboratoire 5.36.

Veuillez taper ou écrire soigneusement les réponses aux questions suivantes sur une feuille de papier séparée (les phrases complètes ne sont pas requises). Cela devrait être remis avec notre rapport de laboratoire final. Il y a un total de 22 questions.

Structure secondaire

Tout d'abord, nous examinerons la structure secondaire globale du domaine Abl kinase. Pour cette partie de l'exercice, vous devez utiliser le 1PEI structure

Dans le Déposer menu, choisissez Ouvert et choisissez le fichier PBD que vous avez téléchargé précédemment. Cela ouvrira la molécule dans la fenêtre de visualisation.

Voici quelques instructions pour vous aider à travailler avec cette structure dans PyMol :

  • Sous le Affichage menu choisir Séquence, cela affichera la séquence en haut de la fenêtre de visualisation. Vous pouvez choisir des résidus dans la séquence en cliquant dessus ici, et ils seront mis en évidence dans la fenêtre de visualisation.
  • Dans la ligne de commande, tapez sélectionnez chaîne a, chaîne a. Un onglet appelé "Chaîne a" apparaîtra dans la colonne de droite de la fenêtre de la visionneuse. La sélection d'une chaîne individuelle vous permettra d'afficher une seule copie du domaine kinase, plutôt que d'afficher les deux copies présentes dans la structure 1IEP.

Chaque sélection dans la colonne de droite comporte cinq menus : Actions, Afficher, Masquer, Étiquette et couleur (A,S,H,L,C)

  • À côté de 1IEP, cliquez sur H (pour masquer), choisissez tout. Cela devrait faire disparaître toute la structure.
  • À côté de "Chaîne A", cliquez sur le S (pour afficher) et choisissez dessin animé. Maintenant, le diagramme en ruban de bande dessinée de la chaîne A devrait apparaître sur votre écran.
  • Pour faciliter la manipulation de cette chaîne, dans le menu « Chaîne A », cliquez sur A (pour les actions), puis centre. Pour vous aider à vous orienter, vous pouvez retourner la molécule jusqu'à ce qu'elle soit dans l'orientation des domaines de kinase dans les notes de la leçon 4.

Autres choses intéressantes que vous pouvez faire :

  • Couleur par structure secondaire : sous C choisir ss, choisissez l'un des schémas de couleurs. Cela peut vous aider à localiser des éléments de structure secondaires.
  • Couleur comme un arc-en-ciel : sous C choisir spectre, alors arc-en-ciel. Cela colorera la structure du bleu à l'extrémité N au rouge à l'extrémité C, la séquence en haut changera également de couleur en conséquence.

Des questions:

1) Quel type de structure secondaire est le plus important dans Abl ?

2) Quel type de structure secondaire est le plus important dans le lobe N (résidus 225-350) d'Abl ?

3) Quel type de structure secondaire est le plus important dans le lobe C (résidus 354-498) d'Abl ?

4) La protéine contient un feuillet β à cinq brins. Cette feuille est-elle située à l'extrémité C ou N du domaine kinase ?

5) Quels résidus composent cette feuille bêta ? Pour cette réponse, n'incluez pas l'hélice qui se trouve entre les brins, vous devez donc lister deux plages. (par exemple, "S229-G250 et L340-A350" seraient sous la forme correcte - bien que ce soit ne pas la bonne réponse). Il peut être utile de zoomer sur votre structure pour répondre à cette question.

On peut également évaluer le type de résidu présent dans différentes parties d'une protéine. Dans ce cas, il peut être plus facile de considérer la structure comme un modèle de bâton et non un modèle de ruban. Dans le menu "Chaîne A" (S) bâtons et cacher (H) dessin animé.

Pour colorer la structure par type de résidu dans le type de ligne de commande couleur blanc, resn val+trp+..... (tapez des codes à trois lettres pour chaque résidu du type que vous colorez)

À l'aide de la commande ci-dessus, colorez tous les résidus hydrophobes en blanc (ignorez la glycine). N'oubliez pas d'inclure les résidus aromatiques pour un total de 9 acides aminés hydrophobes.

Des questions:

6) Où se trouvent la plupart des résidus hydrophobes, à l'intérieur ou à l'extérieur de la protéine ? (Vous voudrez peut-être passer de l'affichage des bâtons au dessin animé pour en avoir une meilleure vue.)

7) Où se trouvent la plupart des résidus polaires ?

8) Cela a-t-il un sens en termes de repliement des protéines ? Expliquer.

Détails moléculaires

Nous allons maintenant examiner de plus près des régions et des résidus spécifiques dans la structure !IEP pour comprendre la base moléculaire de l'inhibition d'Abl par Gleevec et comment les mutations peuvent conférer une résistance à Gleevec.

  • Si votre structure est actuellement sous forme de bâton, revenez à la forme de carton. Dans le menu "Chaîne A" masquer (H) bâtons et spectacle (S) dessin animé.
  • Pour réinitialiser la couleur de votre structure dans l'onglet Chaîne A choisissez couleur, par élément et choisissez le premier schéma de coloration, puis choisissez couleur, par chaîne et choisissez le premier schéma de coloration.
Reliure de Gleevec

Regardons maintenant de plus près la liaison de Gleevec au domaine Abl kinase.

  • Dans la ligne de commande tapez : sélectionnez Gleevec, bio. Appuyez sur Entrée. Un nouvel onglet apparaîtra dans le menu de droite. C'est le menu qui contrôle la molécule Gleevec.
  • Pour Gleevec, changez la couleur pour une couleur différente de Abl. Par exemple choisissez Couleur et sélectionnez Orange. Ensuite, allez à couleur, par élément et choisissez le premier schéma de coloration.

Bien que Bcr-Abl soit constitutivement actif, il peut adopter un état activé ou l'un des nombreux états inactivés. Considérons la liaison de Gleevec par rapport à la boucle d'activation (boucle A) du domaine Abl kinase. La boucle A est constituée des résidus Abl 381-402.

  • Dans la ligne de commande, tapez : sélectionnez Aloop, resi 381-402. Appuyez sur Entrée. Un nouvel onglet apparaîtra dans le menu de droite pour contrôler la boucle A.
  • Mettez en surbrillance la boucle A avec une nouvelle couleur. Sous l'onglet "Aloop", sélectionnez Couleur puis magenta
  • Sélectionnez le motif DFG (Asp-Phe-Gly) conservé dans la boucle A en tapant : sélectionnez DFG, rési 381-383. Appuyez sur Entrée.
  • Dans le menu « DFG » à droite de l'écran, sélectionnez afficher (S) comme des bâtons.

Des questions:

9) Lorsqu'elle est liée à Gleevec, la boucle A du domaine Abl kinase est-elle en conformation ouverte (étendue) ou fermée ? Expliquez très brièvement votre réponse.

10) Lorsqu'il est lié à Gleevec, est le domaine Abl kinase sous la forme active ou inactive. Expliquez très brièvement votre réponse.

Liaisons hydrogène dans le site actif

Gleevec se lie dans la poche de liaison à l'ATP, le site actif, d'Abl. Une chose importante à noter est que la résolution d'une structure cristalline aux rayons X n'est pas assez élevée pour voir les atomes d'hydrogène, ils ne sont donc pas inclus dans le modèle. Pour attribuer des interactions de liaison hydrogène qui sont importantes dans le substrat, vous devez aller au-delà de ce que la structure peut vous dire et utiliser vos connaissances chimiques.

Il peut être plus facile de voir les interactions moléculaires si vous limitez la quantité d'atomes que vous voyez à l'écran.

  • Dans la ligne de commande, tapez : sélectionnez bindingpo sélectionnez tous les atomes à moins de 8 angströms de la molécule de Gleevec et créez un menu pour cela dans la colonne de menu de droite appelée "bindingpocket". Remarque : n'utilisez pas d'espaces dans les noms de vos sélections. De plus, PyMol est sensible à la casse, donc si vous avez nommé la sélection "Gleevec", il ne comprendra pas "gleevec".
  • Dans le menu Chaîne A, choisissez H, tout.
  • Dans le menu de la poche de reliure, choisissez S, bâtons ou lignes (les bâtons sont plus épais que les lignes).

Pour mesurer les distances entre les liaisons, cliquez sur le menu Assistant (en haut de la fenêtre de ligne de commande) et choisissez la mesure. Dans la fenêtre, il vous invitera à cliquer sur le premier atome. Suivez les invites pour mesurer les distances au besoin pour répondre aux questions suivantes.

En recherchant des liaisons hydrogène, assurez-vous que les atomes que vous mesurez sont des atomes qui pourraient être des partenaires de liaison hydrogène, et rappelez-vous que les distances de liaison H raisonnables sont de 2,4 à 3,0Å

Si votre écran est encombré de valeurs de distance, cliquez sur "Supprimer toutes les mesures" dans le menu de droite. Lorsque vous avez terminé de mesurer les distances, cliquez sur Terminé.

Des questions:

11) Quel groupe sur la structure de Gleevec ci-dessus pourrait participer aux liaisons hydrogène ? (Dessinez Gleevec et indiquez les groupes en les encerclant).

12) En regardant la structure Abl, nommez les résidus qui apparaissent aux liaisons hydrogène à Gleevec et donnez la distance entre les atomes. Dessinez-les sur votre structure Gleevec. Astuce : il y a 4 liaisons hydrogène possibles dans 3.0 UNE.

Notez que seulement Nouveau les liaisons hydrogène rendent la liaison de l'inhibiteur énergétiquement plus favorable. Les liaisons H avec un inhibiteur qui résultent de la rupture des liaisons H entre les résidus dans la poche de liaison ou avec de l'eau coordonnée ne stabilisent pas de manière significative la liaison de l'inhibiteur.

13) Nommez deux autres interactions qui peuvent stabiliser l'inhibiteur dans le site actif.

Considérons maintenant le site de mutation le plus commun trouvé dans les cas de LMC résistante à Gleevec. emplacement 315.

14) Quel acide aminé se trouve sur ce site et quelle sorte d'interaction ce résidu particulier a-t-il avec l'inhibiteur ?

15) Que pourriez-vous prédire qu'il se passerait si ce résidu était muté en Asn ou Ile ?

16) Et si ce résidu était muté en Ala ?

Considérons maintenant le résidu 315 dans la structure d'Abl complexé avec Dasatinib, l'autre inhibiteur que vous avez testé dans les tests d'activité kinase de la session 13/14. Pour cela nous utiliserons la structure avec PDB Identifiant : 2GQG. Dans cette structure, il y a à nouveau deux molécules dans le fichier, vous devez donc sélectionner une seule chaîne à regarder.

Fermer la 1PEI structuré et ouvert 2GQG dans la fenêtre de visualisation.

  • Sous le Affichage menu choisir Séquence.
  • Taper sélectionnez chaîne a, chaîne a. A côté de "2GQG" cliquez sur H, et choisissez tout. À côté de "Chaîne A", cliquez sur le S et choisissez dessin animé.
  • Comme pour la structure liée au Gleevec, pour faciliter la manipulation de cette chaîne, cliquez sur UNE, alors centre dans le menu "Chaîne A".

Une fois que vous avez ouvert la structure, considérez le site de liaison de l'inhibiteur. C'est le même site auquel Gleevec se lie. mais Dasatinib se lie d'une manière différente.

Sélectionnez l'inhibiteur (Dasatinib) en tapant sélectionnez Dasatinib, biologique et en appuyant sur Entrée.

Changez sa couleur pour pouvoir la distinguer de la protéine. (Voir les instructions ci-dessus pour Gleevec si vous ne vous souvenez pas comment faire cela.)

A titre de référence, voici une structure du Dasatinib :

Regardez le résidu 315 d'Abl. Mettez en surbrillance ce résidu sur la protéine en cliquant sur le "T" correspondant dans l'affichage de la séquence en haut de l'écran. Le résidu choisi (315) sera mis en surbrillance, et dans le menu de droite, il y aura un onglet intitulé "sele". Cet onglet contrôle tout ce que vous avez sélectionné dans la fenêtre de visualisation. Utilisez cet onglet pour afficher le résidu 315 sous forme de bâton et changer la couleur. Reportez-vous aux instructions détaillées ci-dessus pour manipuler le résidu au besoin pour répondre aux questions suivantes.

17) Le résidu 315 interagit-il avec Dasatinib ? Si oui, décrivez l'interaction.

18) Vous attendriez-vous à ce que Dasatinib inhibe efficacement un mutant Abl avec le résidu 315 muté en Ile ? Expliquez très brièvement pourquoi ou pourquoi pas.

Considérations conformationnelles

Considérons maintenant la liaison de Dasatinib par rapport à la boucle d'activation de la kinase Abl.

  • Comme vous l'avez fait avec la structure précédente (liée à Gleevec), sélectionnez la boucle d'activation en tapant sélectionnez Aloop, resi 381-402 et appuyez sur Entrée.
  • À côté de l'onglet "Aloop", sélectionnez Couleur puis magenta.
  • Sélectionnez le motif DFG (Asp-Phe-Gly) conservé dans la boucle A en tapant : Sélectionnez DFG, rési 381-383. Appuyez sur Entrée.
  • Dans le menu "DFG" à droite de l'écran, sélectionnez afficher (S) comme des bâtons.

19) Lorsqu'elle est liée au Dasatinib, la boucle A du domaine Abl kinase est-elle en conformation ouverte (étendue) ou fermée ? Expliquez très brièvement votre réponse.

Comme vous vous en souvenez peut-être de la conférence n ° 4, Tyr 393 dans la boucle d'activation imite la tyrosine cible (à phosphoryler) sur le substrat peptidique ou protéique, et il se lie au site de liaison au substrat d'Abl. Lorsque Tyr 393 est phosphorylé, il ne peut plus se lier à ce site. Tyr393 est souvent phosphorylé sous la forme active d'une kinase, mais n'est jamais phosphorylé sous la forme inactive.

Trouver le résidu Tyr393 dans la structure Abl liée au Dasatinib. Notez l'emplacement de ce résidu dans cette structure. (Le résidu 393 est répertorié comme "PTR" au lieu de "Y". "PTR" signifie "phosphoryl tyrosine", bien que le groupe phosphoryle ne soit pas visible dans la structure.)

Nous pouvons mieux voir les différences de conformation, comme avec la boucle Abl A, en superposant les deux structures.

Avec le 2GQG structure déjà chargée, ouvrez la structure 1IEP dans la même fenêtre de visualisation. Affichez les deux molécules sous forme de dessins animés. Dans le type de ligne de commande aligner 1IEP, 2GQG.

Localisez le résidu 393 dans les deux structures. Il peut être utile de visualiser les structures en mode dessin animé (comme ci-dessus) puis d'afficher les atomes uniquement pour les résidus souhaités en sélectionnant le résidu 393 dans les deux molécules et à droite de (séléctionner) Cliquez sur, S, bâtons. Vous pouvez également mettre en évidence la boucle A de chaque structure dans une couleur différente.

20) En quoi la localisation du résidu 393 diffère-t-elle dans les deux structures ?

Trouvez l'inhibiteur dans chaque structure (par exemple en tapant show sticks, organic) dans la ligne de commande.

21) Comparer très brièvement l'orientation de liaison du Gleevec et du Dasatinib.

22) La mutation H396P dans Abl déstabilise la conformation inactive de la kinase. Sur la base des structures liées au Gleevec et au Dasatinib de st Abl, expliquez comment les résultats de votre laboratoire des tests d'activité kinase avec wt et H396P Abl sont cohérents (ou non cohérents) avec ces structures. (Si vous n'avez pas encore terminé la session 14, prédisez ce que vous vous attendez à voir dans les preuves structurelles basées sur les tests H396P. Comparez cela à vos résultats réels après avoir terminé vos tests.)

Facultatif : si vous souhaitez explorer la structure du mutant H396P, vous pouvez afficher le fichier PDB 2F4J, qui est H396P Abl lié à un autre inhibiteur, VX-680. Ceci n'est PAS nécessaire pour répondre à l'une des questions ci-dessus.

Remarque : Pour enregistrer une image de haute qualité de n'importe quelle structure moléculaire à partir de Pymol : 1) tapez bg_color blanc 2) tapez rayon 1200,1200 3) sélectionnez Enregistrer l'image sous puis sélectionnez PNG.

SESSION 15 Corrigé

1) Quel type de structure secondaire est le plus important dans Abl ? hélice alpha

2) Quel type de structure secondaire est le plus important dans le lobe N (résidus 225-350) d'Abl ? feuille bêta (ok pour inclure également qu'il y a une hélice alpha)

3) Quel type de structure secondaire est le plus important dans le lobe C (résidus 354-498) d'Abl ? hélice alpha

4) La protéine contient un feuillet à cinq brins. Cette feuille est-elle située à l'extrémité C ou N du domaine kinase ? N-terminal

5) Quels résidus composent cette feuille bêta ? Pour cette réponse, n'incluez pas l'hélice qui se trouve entre les brins, vous devez donc lister deux plages. (Par exemple, « S229-G250 et L340-A350 » seraient sous la forme correcte, bien que ce ne soit pas la bonne réponse). Il peut être utile de zoomer sur votre structure pour répondre à cette question. I(242)-L(266) et L(301)-E(316)

6) Où se trouvent la plupart des résidus hydrophobes, à l'intérieur ou à l'extérieur de la protéine ? (Vous voudrez peut-être passer de l'affichage des bâtons à la forme de dessin animé pour en avoir une meilleure vue.) à l'intérieur

7) Où se trouvent la plupart des résidus polaires ? dehors

8) Cela a-t-il un sens en termes de repliement des protéines ? Expliquer. Oui. Les résidus à l'extérieur d'une protéine interagiront avec les molécules d'eau, il est donc logique qu'ils soient polaires. Les molécules hydrophobes sont à la fois protégées de l'eau et capables d'interagir les unes avec les autres à l'intérieur de la protéine.

9) Lorsqu'elle est liée à Gleevec, la boucle A du domaine Abl kinase est-elle en conformation ouverte (étendue) ou fermée ? Expliquez très brièvement votre réponse. Fermé. La boucle d'activation bloque le site de liaison au substrat et le résidu Asp du motif DFG pointe à l'opposé du site de liaison ATP.

10) Lorsqu'il est lié à Gleevec, est le domaine Abl kinase sous la forme active ou inactive. Expliquez très brièvement votre réponse. Inactif. La boucle A est fermée dans la conformation inactive.

11) Quels groupes sur la structure de Gleevec ci-dessus pourraient participer aux liaisons hydrogène ? (Dessinez Gleevec et indiquez les groupes en encerclant).

12) En regardant la structure Abl, nommez les résidus qui semblent former une liaison hydrogène avec Gleevec et donnez les distances entre les atomes. Dessinez-les sur votre structure Gleevec. Astuce : il y a 4 liaisons hydrogène possibles dans 3,0 .

13) Nommez deux autres interactions qui peuvent stabiliser l'inhibiteur dans le site actif. Van der Waals et interactions hydrophobes

Pour les questions 14 à 18, considérez le site de mutation le plus courant trouvé dans les cas de LMC résistante à Gleevec, le site 315.

14) Quel acide aminé se trouve sur ce site et quelle sorte d'interaction ce résidu particulier a-t-il avec l'inhibiteur ? Thr résidu. liaison H.

15) Que pourriez-vous prédire qu'il se passerait si ce résidu était muté en Asn ou Ile ? La liaison H ne serait pas possible et il y aurait une interférence stérique avec la liaison Gleevec.

16) Et si ce résidu était muté en Ala ? Liaison H impossible. Pas d'effet stérique.

17) Le résidu 315 interagit-il avec Dasatinib ? Si oui, décrivez l'interaction.

18) Vous attendriez-vous à ce que Dasatinib inhibe efficacement un mutant Abl avec le résidu 315 muté en Ile ? Expliquez très brièvement pourquoi ou pourquoi pas. Non. La liaison H se briserait et interférerait stériquement avec la liaison (mais pas aussi fortement que pour Gleevec)

19) Lorsqu'elle est liée au Dasatinib, la boucle A du domaine Abl kinase est-elle en conformation ouverte (étendue) ou fermée ? Expliquez très brièvement votre réponse. Ouvert. La boucle d'activation s'éloignant du site de liaison au substrat et le résidu Asp du motif DFG pointe vers le site de liaison ATP.

20) En quoi la localisation du résidu 393 diffère-t-elle dans les deux structures ? Dans la structure liée au Gleevec, Tyr393 se trouve dans la poche de liaison du substrat, et dans la structure liée au Dasatinib, Tyr 393 est éloigné de la poche de liaison du substrat.

21) Comparer très brièvement l'orientation de liaison du Gleevec et du Dasatinib. De nombreuses réponses sont acceptables pour cela. Par exemple, les élèves pourraient dessiner les parties des deux molécules qui se chevauchent et les parties qui pointent dans des directions opposées. Alternativement, ils pourraient écrire que Gleevec se lie profondément dans une poche hydrophobe, tandis que Dasatinib se lie de manière plus similaire à l'ATP (ils auraient besoin de regarder leurs notes de leçon 4 pour le voir).

22) La mutation H396P dans Abl déstabilise la conformation inactive de la kinase. Sur la base des structures liées au Gleevec et au Dasatinib de wt Abl, expliquez comment les résultats de votre laboratoire des tests d'activité kinase avec wt et H396P Abl sont cohérents (ou non cohérents) avec ces structures. (Si vous n'avez pas encore terminé la session 14, prédisez ce que vous vous attendez à voir dans les preuves structurelles basées sur les tests H396P. Comparez cela à vos résultats réels après avoir terminé vos tests.) Les structures montrent que Gleevec se lie à la forme inactive et que Dasatinib se lie à la forme active. Ceci est cohérent avec les tests de kinase, qui montrent que le wt Abl est inhibé à la fois par Gleevec et Dasatinib (conformément au fait que le wt peut prendre à la fois les formes actives et inactives), tandis que H396P n'est inhibé que par Dasatinib (ce qui rend sens car la forme inactive est déstabilisée dans ce mutant).


2.15 Biodiversité et rayonnement adaptatif

Graphique 2.16 Un lézard de lave endémique sur l'une des îles Galápagos

tellement qu'ils sont considérés comme des espèces distinctes. Par exemple, une population ancestrale de lézards, peut-être d'Amérique du Sud continentale, a colonisé les îles Galápagos (dans l'océan Pacifique équatorial) il y a des millions d'années. Après de nombreuses générations de mutation, de dérive et de sélection, la population colonisatrice était suffisamment différente de la population parentale pour justifier une classification en tant qu'espèce différente. Ce schéma s'est ensuite répété dans toutes les îles, la migration, la dérive, la mutation et la sélection agissant tous différemment sur différentes populations insulaires. Ainsi, d'une espèce colonisatrice, l'archipel compte désormais plusieurs espèces différentes de ce que l'on appelle lézards de lave. Tous ces lézards sont endémique à l'archipel, c'est-à-dire qu'on ne les trouve nulle part ailleurs dans le monde (figure 2.15).

Radiation adaptative se produit lorsqu'une espèce ancestrale conduit à plusieurs espèces descendantes à mesure que de nouveaux habitats sont colonisés. Il existe de nombreux exemples de rayonnement adaptatif et d'endémisme dans les chaînes d'îles telles que les Galápagos (par exemple, les pinsons, les moqueurs, les lézards de lave et Opuntia cactus) et Hawaï (par exemple, les oiseaux grimpants [Figure 2.16], les mouches des fruits et les plantes à épée d'argent). Les radiations adaptatives sont également courantes là où les habitats sont fragmentés (par exemple, par des chaînes de montagnes, des rivières, etc.)

Graphique 2.17 Quelques Honeycreepers hawaïens, illustrant comment la diversité peut résulter du rayonnement adaptatif des espèces d'une seule espèce fondatrice.


Résumé du chapitre

Les animaux constituent un royaume diversifié d'organismes. Bien que les animaux varient en complexité, des simples éponges de mer aux êtres humains, la plupart des membres partagent certaines caractéristiques. Les animaux sont des organismes eucaryotes, multicellulaires et hétérotrophes qui ingèrent leur nourriture et se développent généralement en créatures mobiles avec un plan corporel fixe. La plupart des membres du règne animal ont des tissus différenciés de quatre classes principales - nerveux, musculaire, conjonctif et épithélial - qui sont spécialisés pour remplir différentes fonctions. La plupart des animaux se reproduisent sexuellement, ce qui conduit à une séquence de développement relativement similaire dans tout le règne animal.

Les organismes du règne animal sont classés en fonction de leur morphologie corporelle et de leur développement. Les vrais animaux sont divisés en ceux avec une symétrie radiale par rapport à une symétrie bilatérale. Les animaux à trois couches germinales, appelés triploblastes, sont en outre caractérisés par la présence ou l'absence d'une cavité corporelle interne appelée coelome. Les animaux avec une cavité corporelle peuvent être des coelomates ou des pseudocoelomates, selon le tissu qui donne naissance au coelome. Les coelomates sont en outre divisés en deux groupes appelés protostomes et deutérostomes, en fonction d'un certain nombre de caractéristiques de développement.

15.2 Éponges et Cnidaires

Les animaux inclus dans le phylum Porifera sont des parazoaires et ne possèdent pas de vrais tissus. Ces organismes présentent une organisation simple. Les éponges ont plusieurs types de cellules qui sont orientées vers l'exécution de diverses fonctions métaboliques.

Les cnidaires ont des couches tissulaires externes et internes prenant en sandwich une mésoglée non cellulaire. Les cnidaires possèdent un système digestif bien formé et effectuent une digestion extracellulaire. Le cnidocyte est une cellule spécialisée pour délivrer des toxines aux proies et aux prédateurs. Les cnidaires ont des sexes séparés. Ils ont un cycle de vie qui implique des formes morphologiquement distinctes - médusoïdes et polypoïdes - à différentes étapes de leur cycle de vie.

15.3 Vers plats, nématodes et arthropodes

Les vers plats sont des animaux acoélomates et triploblastiques. Ils manquent de systèmes circulatoire et respiratoire et ont un système excréteur rudimentaire. Le système digestif est incomplet chez la plupart des espèces. Il existe quatre classes traditionnelles de vers plats, les turbellaires largement libres, les monogènes ectoparasites et les trématodes et cestodes endoparasites. Les trématodes ont des cycles de vie complexes impliquant un hôte mollusque secondaire et un hôte primaire dans lequel la reproduction sexuée a lieu. Les cestodes, ou ténias, infectent le système digestif des hôtes vertébrés primaires.

Les nématodes sont des membres pseudocoélomates du clade Ecdysozoa. Ils ont un système digestif complet et une cavité corporelle pseudo-cœlomique. Ce phylum comprend des organismes libres ainsi que des organismes parasites. Ils comprennent des espèces dioïques et hermaphrodites. Les nématodes ont un système excréteur peu développé. Le développement embryonnaire est externe et passe par des stades larvaires séparés par des mues.

Les arthropodes représentent le phylum d'animaux le plus réussi sur Terre, en termes de nombre d'espèces ainsi que de nombre d'individus. Ils se caractérisent par un corps segmenté et des appendices articulés. Dans le plan corporel de base, une paire d'appendices est présente par segment corporel. Au sein du phylum, la classification est basée sur les pièces buccales, le nombre d'appendices et les modifications des appendices. Les arthropodes portent un exosquelette chitineux. Les branchies, les trachées et les poumons de livre facilitent la respiration. Le développement embryonnaire peut inclure plusieurs stades larvaires.

15.4 Mollusques et annélides

Le phylum Mollusca est un grand groupe d'invertébrés principalement marins. Les mollusques présentent une variété de morphologies. De nombreux mollusques sécrètent une coquille calcaire pour se protéger, mais chez d'autres espèces, la coquille est réduite ou absente. Les mollusques sont des protostomes. L'épiderme dorsal des mollusques est modifié pour former le manteau, qui renferme la cavité du manteau et les organes viscéraux. Cette cavité est distincte de la cavité cœlomique, que l'animal adulte retient, entourant le cœur. La respiration est facilitée par des branchies appelées cténidies. Un grattoir chitineux appelé radula est présent dans la plupart des mollusques. Les mollusques sont pour la plupart dioïques et sont divisés en sept classes.

Le phylum Annelida comprend des animaux segmentés ressemblant à des vers. La segmentation est à la fois externe et interne, c'est ce qu'on appelle le métamérisme. Les annélides sont des protostomes. La présence de poils chitineux appelés chaetae est caractéristique de la plupart des membres. Ces animaux ont des systèmes nerveux et digestif bien développés. Les annélides polychètes ont des parapodes qui participent à la locomotion et à la respiration. Les drageons sont vus dans l'ordre Hirudinea. Les systèmes de reproduction comprennent des sexes séparés et l'hermaphrodisme.

15.5 Échinodermes et chordés

Les échinodermes sont des organismes marins deutérostomiens. Ce phylum d'animaux porte un endosquelette calcaire composé d'osselets recouverts d'une peau épineuse. Les échinodermes possèdent un système circulatoire à base d'eau. La madréporite est le point d'entrée et de sortie de l'eau pour le système vasculaire de l'eau.

Les traits caractéristiques de Chordata sont une notocorde, une corde nerveuse dorsale creuse, des fentes pharyngées et une queue post-anale. Chordata contient deux clades d'invertébrés: Urochordata (tuniciers) et Cephalochordata (lancettes), ainsi que les vertébrés. La plupart des tuniciers vivent au fond de l'océan et se nourrissent en suspension. Les lancelets sont des suspensivores qui se nourrissent de phytoplancton et d'autres micro-organismes.

15.6 Vertébrés

Les premiers vertébrés qui ont divergé des cordés d'invertébrés étaient les poissons sans mâchoire. Les myxines sont des charognards semblables à des anguilles qui se nourrissent d'invertébrés morts et d'autres poissons. Les lamproies se caractérisent par une bouche suceuse dentée en forme d'entonnoir, et certaines espèces parasitent d'autres poissons. Les gnathostomes comprennent les poissons à mâchoires (poissons cartilagineux et osseux) ainsi que tous les autres tétrapodes. Les poissons cartilagineux comprennent les requins, les raies, les raies et les requins fantômes. Les poissons osseux peuvent être divisés en poissons à nageoires rayonnées et à nageoires lobées.

En tant que tétrapodes, la plupart des amphibiens sont caractérisés par quatre membres bien développés, bien que certaines espèces de salamandres et tous les caeciliens soient dépourvus de membres. Les amphibiens ont une peau humide et perméable utilisée pour la respiration cutanée. Les amphibiens peuvent être divisés en trois clades : les salamandres (Urodela), les grenouilles (Anura) et les caeciliens (Apoda). Le cycle de vie des amphibiens se compose de deux stades distincts : le stade larvaire et la métamorphose en un stade adulte.

Les amniotes se distinguent des amphibiens par la présence d'un œuf adapté à la terre protégé par des membranes amniotiques. Les amniotes comprennent les reptiles, les oiseaux et les mammifères. Une adaptation clé qui a permis aux reptiles de vivre sur terre était le développement d'une peau écailleuse. Reptilia comprend quatre clades vivants : Crocodilia (crocodiles et alligators), Sphenodontia (tuataras), Squamata (lézards et serpents) et Testudines (tortues).

Les oiseaux sont des amniotes endothermiques. Les plumes servent d'isolant et permettent le vol. Les oiseaux ont des os pneumatiques qui sont creux plutôt que remplis de tissus. Le flux d'air à travers les poumons des oiseaux se déplace dans une direction. Les oiseaux ont évolué à partir des dinosaures.

Les mammifères ont des poils et des glandes mammaires. La peau des mammifères comprend diverses glandes sécrétoires. Les mammifères sont endothermiques, comme les oiseaux. Il existe aujourd'hui trois groupes de mammifères : les monotrèmes, les marsupiaux et les eutheriens. Les monotrèmes sont uniques parmi les mammifères car ils pondent des œufs plutôt que de donner naissance à des petits vivants. Les mammifères eutheriens ont un placenta complexe.

Il existe 16 ordres (vivants) existants de mammifères eutheriens. Les humains sont plus étroitement liés aux primates, qui ont tous des adaptations pour grimper aux arbres, bien que toutes les espèces ne soient pas arboricoles. Les autres caractéristiques des primates sont un cerveau plus gros que celui des autres mammifères, des griffes qui ont été modifiées en ongles aplatis et généralement un jeune par grossesse, une vision stéréoscopique et une tendance à tenir le corps droit. Les primates sont divisés en deux groupes : les prosimiens et les anthropoïdes.


Méthodes

Une recherche documentaire a été effectuée à l'aide de PubMed, Ovid Medline, Cochrane Database of Systematic Reviews et PsychINFO pour les articles publiés entre 1990 et juillet 2011 avec les termes de recherche suivants : ECT ou électrochocs, stimulation magnétique transcrânienne, TMS, dépression, dépression résistante au traitement, VNS ou stimulation du nerf vague, DBS ou stimulation cérébrale profonde, essai clinique. Sur les 807 articles récupérés, nous avons inclus des articles écrits en anglais qui rapportaient les résultats d'essais cliniques d'un échantillon original, et 98 articles ont finalement été examinés en détail. Les sections de référence des articles ont été vérifiées pour les références croisées. Pour l'ECT, nous n'avons inclus que les études comparant l'efficacité de l'ECT ​​avec d'autres dispositifs. Pour DBS, étant donné l'absence d'essais contrôlés randomisés, nous avons inclus tous les essais cliniques et les rapports de cas.


Haut-parleurs

Michelle Boyle

Mathieu Brochet

Sébastien Lourido

Institut Whitehead pour la recherche biomédicale

Marta Maia

Programme KEMRI Wellcome Trust à Kilifi

Liliana Mancio Silva

Malcolm E. Molyneux

École de médecine tropicale de Liverpool

Miguel Prudencio

Institut de médecine moléculaire

Terrie Taylor

Université de Michigan

Michel Blanc


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2ème année Biologie Chapitre 15 Homéostasie QCM

Nous savons que vous recherchez des QCM de 2e année de biologie chapitre 15 sur l'homéostasie au format PDF à télécharger. Les meilleures notes de biologie complètes pour les étudiants de FSc partie 2. C'est pourquoi nous avons mis en ligne les meilleures notes de biologie de 12e classe. Vous pouvez facilement télécharger les QCM sur l'homéostasie du chapitre 1 ou les consulter en ligne.

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Ces notes de QCM de biologie de 12e classe sont préparées selon le programme de tous les conseils du Pendjab. D'autres conseils autres que le Pendjab ne suivent pas ces notes. Ces conseils du Pendjab sont le conseil de Gujranwala, le conseil de Lahore, le conseil de Faisalabad, le conseil de Multan, le conseil de Rawalpindi, le conseil de Bahawalpur Sargodha, le conseil de DG Khan, le conseil de Sahiwal.

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J'entends TELLEMENT de femmes dire « quand j'aurai confiance en moi, je réserverai une séance ». Mais mesdames, laissez-moi vous dire : vous devriez réserver une séance si vous AVEZ BESOIN d'un peu de confiance ! Il peut être effrayant de sortir de votre zone de confort, mais cela en vaut vraiment la peine lorsque vous vous voyez enfin à travers les yeux de quelqu'un d'autre et réalisez à quel point vous êtes vraiment beau et incroyable. Anytime those doubts or insecurities try to creep in again, all you have to do is pull out a few photos from your session, and BAM! The evidence doesn’t lie: You are one sexy and confident woman.

From a gorgeous baby bump to the incredible stripes and scars that are left long after: Celebrate and embrace that mom body in all its’ stages with a boudoir shoot. Yes, your body is changing or has changed, but it just shows that it carried life inside of it! You carried a baby inside of you (And likely many more than just one), and that is something to be proud of and love wholeheartedly.


Reviewers' comments

Reviewer 1: Rob Knight (University of Colorado)

In this intriguing manuscript, Wolf & Koonin combine comparative genomics with Eigen's (1978) concept of the error threshold to provide a new, comprehensive model for the origins of translation. Specifically, they build on Szathmary's (1993) model of amino acids as coenzymes in an RNA metabolism as a starting point for the genetic code. As pointed out by Knight & Landweber (2000), there are three pathways to a protein-based genetic code from the RNA world that preserves continuity of features of the genetic code: the RNAs that bind directly could have played the roles of tRNAs, mRNAs, or aminoacyl-tRNA synthetases. Wolf & Koonin favor a model along the lines of the latter role, suggesting that cofactor-enhanced catalysis, and then nonribosomal synthesis of short peptides, were the original driving force for RNA-catalyzed translation. They present an intriguing new overall model of the evolution of the translation system, and highlight aspects of this model that could be tested in the laboratory. The main weakness of the manuscript in its current form is its endorsement of the frozen accident model (FAM) of the genetic code's evolution without the presentation of alternative explanations of the evidence in favor of the optimality of the genetic code relative to random codes, and the coding triplet/binding site associations that have been observed through SELEX and in the Group I intron. However, as the authors themselves point out, the resurrection of the frozen accident model is not an important feature of their overall model for the emergence of translation, and this discussion could be omitted without diminishing the manuscript's contribution.

The manuscript presents some interesting ideas that I have not seen elsewhere and that appear to shed substantial new light on the difficult problem of the origin of translation.

For example, the discussion on p. 13 that shows that the domains in the aaRS are highly derived relative to domains in other proteins is extremely interesting, because we might have expected the aaRS to be among the earliest proteins. If they are not, the likelihood that they displaced some other system for coded translation increases dramatically (Theobald & Wuttke's 2005 study of OB-fold superfamily relationships also supports this idea). One point that should be specifically noted in this context is that not only do these relationships imply that the aaRS are relatively late arrivals, but also that coded translation must have predated the aaRS so that the sequence information that allows us to determine the phylogenetic relationships among these folds could be transmitted to the present. In other words, if comparable folds were once produced by a different synthesis mechanism, either we would need either a system of reverse translation to copy the sequence information into nucleic acids, or all of the proteins produced by that mechanism would have been lost when coded translation took over.

Similarly, the discussion on pp. 33–39 of a plausible scenario for the evolution of the modern translation system seems plausible and is more detailed than most such scenarios to be found in the literature.

A couple of areas of the manuscript could potentially be supported by drawing on additional literature. For example, on p. 8, Dennett has an excellent discussion in "Darwin's Dangerous Idea" (Simon & Schuster, 1995) of the production of apparently irreducibly complex phenomena through simplification of an even more complex system, e.g. building an arch by taking away stones from a pile of rubble. The complexity of the system of peptide- specific synthetases that would be required for the model proposed here might make this an appropriate metaphor. Similarly, Yarus's (2001) article "On translation by RNAs alone", and Yarus & Welch's (2000) article "Peptidyl transferase: ancient and exiguous" contain some thoughts that would be relevant here and later in the manuscript.

Author response: Dennett's metaphor of the Roman arch is, indeed, excellent and might be relevant, even if not directly, because, here, we are talking more of stepwise displacement than selective elimination, and do not really postulate an initial state that was more complex than the final one. In any case, one of the strengths of the Biology Direct model is that the review is published, so the reader can read about this metaphor here. Ditto for the reviews by Yarus: the reader now knows of them and may turn to them if desirable (other work from Yarus' laboratory is cited extensively).

The discussion of ribozymes on p. 18 could possibly benefit from a discussion of riboswitches and their implications for control mechanisms in the cell, and/or for the other roles or RNA that suggest the RNA World (use in cofactors, role in nucleotide metabolism, use of RNA as a primer in DNA synthesis, etc.) However, the manuscript is fairly long as it is, and most of these points have been raised many times in the cited literature already.

Author response: Yes, the paper is fairly long, and we believe that riboswtiches are of no direct relevance.

Finally, some of the specific contentions could benefit from more elaboration. For example, on pp. 11–12, we find the statement:

"Put another way, the conservation of the core of the translation machinery is the strongest available evidence that some form of LUCA actually existed (it is, in principle, conceivable that life started off as a multitude of distinct forms but a single variant of the translation system subsequently took over as a result of a sweeping horizontal gene transfer however, this is a decidedly non- parsimonious scenario)."

Given that the present manuscript already proposes the evolution of an entire suite of RNA-based aminoacyl-tRNA synthetases that no longer exist, and given that some authors such as Carl Woese propose that the division of life into distinct phylogenetic lineages was a relatively late event (e.g. Woese 2002), it is unclear why horizontal gene transfer should be dismissed in this context.

Author response: Upon more careful consideration (also considering Mushegian's comments below), we have deleted this whole claim. Suffice it to say, in this context, that the conservation of the translation machinery is evidence of certains form of LUCA.

Similarly, on p. 20, the authors seem to be strongly in favor of the hydrothermal vent scenario for the origin of life. A few words of caution to the effect that this is one of many hypotheses for life's origin, and that data are still far from conclusive, might be in order.

Author response: we have included a few words to that effect but also cite new references that, we believe, add credibility to the hydrothermal vent scenario (refs. 75, 76).

The discussion of the current evidence relating to the hypothesis that the genetic code arose through direct interactions between RNA and amino acids on p. 23 is good, but on p. 41 we read that "these affinities are weak, only manifest as a statistical trend, and worst of all, are seen, mostly, for chemically complex amino acids like arginine or histidine, rather than simple ones, such as glycine or alanine, that would be readily produced abiogenically." This statement requires some elaboration. Many of the potentially prebiotic amino acids, such as glycine, are difficult to evaluate with the affinity chromatography paradigm for technical reasons. It is possible that other methodologies, such as the allosteric selections pioneered by Tang & Breaker (1997), will allow us to see interactions in these cases, but for now absence of evidence should not be taken as evidence of absence. It is also far from certain that the biosynthesis of complex amino acids such as arginine would have been beyond the capabilities of RNA World organisms, so the primordial genetic code need not have been confined to simple amino acids. Second, the physical interactions involved are often far from weak: some amino acid aptamers, such as the best of Famulok's (1996) arginine aptamers, have sub-micromolar dissociation constants. It is true that the inconsistency between codon and anticodon modes of recognition remains to be resolved, but I do not agree with the assertion that "objectively, we should accept FAM as the most likely model for the emergence and evolution of translation". To accept FAM given what we know now about the optimality of the genetic code relative to random genetic codes, and the relationships between amino acid binding sites and cognate triplets, requires an alternative explanation for the strong statistical evidence that supports these hypotheses. In the absence of such an alternative explanation for why we see these patterns, which would be extremely unlikely under the FAM, I would recommend that the discussion be confined to pointing out where these processes would most likely be able to act in the model (for example, everyone agrees that direct interactions between coding triplets and amino acids are not relevant to the modern genetic code). It is possible that FAM is not an optimal description of what is actually meant in the discussion in the text – really, the claim seems to be that there is no necessary relationship between triplets of RNA and amino acids, rather than that there is in fact no pattern. However, in my opinion, the discussion of FAM vs. ARM vs. CRM as presented is likely to be a distraction from the overall value of the new ideas presented in the manuscript.

Author response: We cannot agree that this description is a distraction we think it is part and parcel of the paper, even if the choice between ARM, CRM, and FAM has a limited effect on the actual model considered here. However, this discussion has been shortened and modified to make it more neutral with regard to the choice between the model of amino acid- T RNA recognition. The statement regarding weak interactions between amino acids and aptamers has been dropped along with the over-assertive statement regarding FAM as " the most likely model". It seems like in the text we clearly explain what we mean by FAM – indeed, it is about a lack of any direct connection between amino acids and cognate triplet. Also, we consider the amended version of FAM where subsequent adaptation of the code is deemed likely.

Finally, the description of experimental tests on p44 could benefit from more detail. Which properties of the postulated T RNAs are in doubt, and which steps would, if experimentally confirmed, best support the model? More specific guidance might increase the probability that supporting laboratory work would be carried out.

Author response: A brief discussion has been added.

Reviewer 2: Doron Lancet (Weizmann Institute of Science)

This reviewer made no comments.

Reviewer 3: Alexander Mankin, University of Illinois at Chicago (nominated by Arcady Mushegian)

It is a fairly straightforward task to evaluate an experimental paper driven by the data. It is a much more fuzzy assignment to evaluate a theoretical paper discussing a possible evolutionary scenario of the origin of protein synthesis. It is very tempting to buy into all of the authors' arguments. It is equally tempting to criticize them all.

The main postulate of Wolf and Koonin is that they are trying to build a model based on the Continuity Principle. In lay language, this means they are trying to put little solid rocks into the vast swamp that separates the evolutionary island of the RNA World, where most of the biochemical reactions are catalyzed by ribozymes, from the island of the modern nucleic acid-protein world, where biochemistry is carried out primarily by protein enzymes whilst nucleic acids are involved mostly in storage and expression of genetic information. Trying to bridge this gap, the authors envision the intermediate steps on the evolutionary path to the genetic code and coded protein synthesis, where innovations that arose at each of the steps could be selected for. In this approach, Wolf and Koonin strive to allow for the fewest number of evolutionary gaps that would require a significant leap rather than a small jump. Not that this is a new approach – most of the previous attempts to delineate the origin of protein synthesis were based on a generally similar idea. However, in the prior works, it was probably more of an intuitive attempt to build a plausible scenario than a formulated goal as in the essay of Wolf and Koonin.

The question is how closely those rocks of Wolf and Koonin are spaced and how solid they are. Some of them appear to be nicely positioned and are fairly solid, whereas the others, in my view, are either shaky or missing.

It seems to be a very reasonable idea that some of the RNA World ribozymes could benefit from a bound amino acid cofactor or even cofactors. It appears to be a much more far-fetched speculation that two or even more of these cofactors would bind in such close proximity of each other that the formation of a peptide bond between them would be possible and beneficial. Furthermore, it is not entirely clear from where a hypothetical peptide ligase would derive the energy that is required for peptide bond formation. In the modern ribosome, the energy that powers peptide bond formation is conserved in the high-energy ester bond that links the C-terminal amino acid of a nascent peptide to tRNA. The energy of this ester bond is derived from ATP consumed by an aminoacyl-tRNA synthetase – a source hardly available in the RNA world.

Author response: Yes, the issue of the energy source is important. One would have to propose that one of the substrates of the primordial peptide ligase was an activated amino acid, perhaps, even an aminoacyl adenylate. In the RNA world, such derivatives would have to be produced by other ribozymes, and ribozymes with such an activity, indeed, have been described (see Tableau 1). Alternatively, the original ribozyme R might have been an ATPase such that the emerging peptide ligase would couple ATP hydrolysis with peptide synthesis. The text was amended to address these issues.

Though the proposed route that leads to the origin of the original peptide ligase/aminoacyl polymerase is questionable, the resulting entity – a ribozyme capable of polymerizing amino acids into peptides in an unprogrammed fashion – seems highly plausible. As early experiments of Monro have shown, the large ribosomal subunit of the modern ribosome, a ribozyme in its own right, is still capable of carrying out such a reaction if provided with properly activated amino acids. So, if one is to accept Wolf and Koonin's idea of a peptide ligase derived from a ribozyme that is able to connect its amino acid cofactors into a single peptide, then the next few steps in their scenario are rather convincing. The use of the resulting peptides by other ribozymes, a subfunctionalization of the original peptide-ligating ribozyme into a specialized peptide ligase or amino acid polymerase, and the general benefit of having such a peptide ligase ribozyme in the assembly of selfish cooperatives appear to pave a rather smooth path for the ancestor of the large ribosomal subunit.

Having 'prepared' the key catalyst of protein synthesis, Wolf and Koonin then address the problem of a tRNA adaptor. An elegant idea they propose to justify the evolutionary necessity for establishing a link between pre-tRNAs and amino acids is that this would limit the diffusibility of a small amino acids and would help to increase their local concentration. Given that ribozymes with tRNA aminoacylating activities have been identified in SELEX experiments, it is easy to imagine that ribozymes with similar activities could have been selected through natural evolution in the RNA World. When considering the correspondence between the tRNA anticodon and the amino acid, Wolf and Koonin chose to not take sides in the discussion of whether the origin of the genetic code is based on a chemical complementarity between an amino acid and a codon or anticodon or is a result of a frozen evolutionary accident. Though the all-inclusive approach inevitably makes the description of this step somewhat fuzzy, any of several scenarios mentioned in this section are pleasantly consistent and provide good food for thought.

The next step is equally convincing: the invention of aminoacyl-tRNA organically leads to its use by the prototype peptide ligating/aminoacyl polymerizing ribozyme and thus completes the route to the large ribosomal subunit ancestor.

The origin of the coded protein synthesis is based on availability of three main players: the adaptor aminoacyl-RNA molecules with a strict amino acid-anticodon correlation, an enzyme that can polymerize the activated amino acids (the large ribosomal subunit precursor), and a precursor of the small ribosomal subunit, a "reading head" that selects the adaptor aminoacyl-RNA according to the input genetic text. Wolf and Koonin derive the origin of the ancestor of the small ribosomal subunit not from a pre-existing ribozyme but from a segment of the large subunit precursor. In this 'Adam's rib' scenario, an accessory RNA subunit RS evolves as a tool to enhance binding and positioning of aminoacyl-tRNA on the catalytic subunit, then acquires the "burden of specific recognition," and later on, one of its own parts assumes the role of a diffusible template. I am not sure whether this, rather sketchy scenario, satisfies the acclaimed Continuity Principle. Furthermore, it is poorly supported by the fact that the modern large ribosomal subunit can rather efficiently catalyze peptide bond formation using tRNA substrates even in the absence of the small subunit (Wohlgemuth, Beringer, Rodnina, (2006) EMBO Rep., 7, 699–703). From the point of view of this reviewer, it is more reasonable to root the origin of the small subunit in one of the pre-existing ribozymes that could operate with RNA templates. The extant activities of the modern small ribosomal subunit, including its interaction with an RNA template (mRNA) and ability to assemble on it the complementary sequences of the tRNA anticodons, bear the features expected from the ancestral RNA replicase/RNA ligase. Such a ribozyme could be viewed as an ancestor of the ribosome decoding center. The suspected ability of the modern 30 S subunit to cleave mRNA during ribosome stalling or under the influence of specific protein factors argues that the putative ancient catalytic center capable of breaking (and thus forming) phosphodiester bonds may still exist in the ribosome.

Author response: The possibility that the small subunit of the ribosome evolved from an RNA replicase/triplicase is an interesting one, and we have considered a version of it when working on the current model. This could directly connect the model discussed here with the triplicase model of Pool-Jeffares-Penny. However. direct evidence is missing, so we decided to avoid "overfitting" the model. Let the reader learn about this idea from Mankin's comment. However, it is completely unclear to us why the work of Wohlgemuth et al. is construed as evidence against the model presented in the paper. We believe that, on the contrary, it is readily compatible with this model, and we cite it in the revision.

In conclusion, the essay of Wolf and Koonin is an interesting and highly stimulating work. Inadvertently, my review sounds more critical than was intended. The reason is simple: the ideas we disagree with are more interesting for us than the points we easily accept. The majority of the points in the paper are of this latter category the points my comments mostly focus on are of the former.

Other points of critique and comments:

1. The discussion of the model en soi starts on p. 28. It seems that an almost 30-page introduction is excessive and often repetitive. The work would strongly benefit if the first 28 pages were expressed more succinctly, possibly as bulleted points in 2 pages.

Author response: We appreciate the virtues of brevity but this paper was conceived as a specific model for the origin of translation placed against the critically examined background of the relevant general evolutionary principles and previous research in the area. We feel that it has to stay that way.

Reviewer #4: Arcady Mushegian

The most significant contribution of this study is in decomposing the tantalizingly complex problem of the origin of genetic code, translation, and RNA replication into a series of proposed small evolutionary transitions, each associated with its own contribution to the fitness of the genetic system that experiences these transitions. I whole-heartedly recommend this manuscript for publication and expect that this series of transitions will be further scrutinized, perhaps along the lines of necessity and sufficiency.

My only scientific complain is about the half-haphazard conclusion that the frozen-accident model of adaptor recognition by amino acids is the most likely one. It might be, or it might be not: the fact that current direct experiments fail to establish specific recognition of cognate (anti)codons for evolutionarily more primitive amino acids does not make a "frozen accident" mechanistically attractive. Moreover, if, for example, primitive nucleobases were abiotically derivatized (see the work from S.Benner's lab that seems to point in this direction), then the experiments with the present-day codons or anticodons are not even answering the right question. The authors should mention that work or at least stay even more agnostic about the recognition model.

Author response: we infused considerable extra agnosticism, also, in response to Knight's comments (see above).

"The Continuity Principle" has connections with Anton Dorn's change-of-function principle (Ursprung der Wirbeltiere und das Prinzip des Funktionswechsels, Leipzig, 1875) – perhaps this is worth acknowledging.

Author response: In truth, the principle really goes back to Darwin, the rest are reformulations and explanations. We jump to a modern version immediately, leaving Dorn out.

As discussed by the authors, should Darwin-Eigen cycle be renamed Darvin-Eigen-Lynch-Conery cycle?

Author response: If one wants to be really fair, then, maybe, Darwin-Eigen-Penny-Lynch-Conery -(Wolf-Koonin)? For the time being, we are sticking with the original name, after Penny.

The study is well-written, but perhaps it can be edited a bit more. For example, the notion that "evolution has no foresight", however important, is seen at least five times, including two times within one bulleted list on pg 29.


NASCAR lineup at COTA: Starting order, pole for Sunday's race with qualifying

(Getty Images) https://images.daznservices.com/di/library/sporting_news/6a/66/tyler-reddick-052321-getty-ftr_1t3ctrlkm007a16gaudrjm42iw.jpg?t=-1643334023&w=500&quality=80

NASCAR is conducting qualifying sessions during its next two racing weekends. The first session was Sunday morning at Circuit of the Americas (COTA) near Austin, Texas.

On-track qualifying is a rarity this season NASCAR decided to limit the amount of time teams needed to spend at the track amid the COVID-19 pandemic. Only eight races will have practice and qualifying in 2021, and they'll take place only at new tracks on the schedule, such as COTA, or for premier events, such as the Coca-Cola 600 at Charlotte Motor Speedway on Memorial Day weekend.

And while teams will be able to test their cars on COTA's 3.41-mile road course prior to the Echo Park Texas Grand Prix, they won't have much time to study the data from it. The race is scheduled to begin about two hours after qualifying.

Below is the starting lineup, which was set with qualifying, for Sunday's NASCAR Cup Series race at Circuit of the Americas.


Voir la vidéo: Эксперимент с числом пи: находим при помощи иголки. Задача Бюффона (Janvier 2023).