domingo, 26 de enero de 2014

Origen del núcleo celular, la mitosis y el sexo: los roles de coevolución intracelular

El paso de procariotas a eucariotas fue el cambio más radical en la organización de células desde el comienzo de la vida, con el más grande explosión de la duplicación de genes y la novedad. De acuerdo con la teoría de coevolución de los orígenes de eucariotas, las innovaciones fundamentales fueron los orígenes concertados del sistema endomembrane y el citoesqueleto, posteriormente reclutados para formar el núcleo de la célula y el aparato mitótico coevolving, con numerosas novedades eucariotas genéticos consecuencias inevitables de esta compartimentación y el ADN novedoso mecanismo de segregación . Mecanismos físicos y mutacionales de origen del núcleo raramente se considera más allá de la suposición de muchos años que se trataba de envolver endomembranes preexistentes alrededor de la cromatina. Las discusiones sobre el origen del sexo normalmente dan a su asociación con la entrada protozoo en quistes de paredes latentes y de co-evolución simultánea probable, no secuencial, el origen de la mitosis y la meiosis.

Resultados

Me dilucidar coevolución nuclear y mitosis, explicando los orígenes del dicer y pequeños RNAs centroméricas para controlar posicionalmente heterocromatina centromérica, y cómo 27 principales características del núcleo celular desarrollado en cuatro etapas lógicas, por lo que ambos mecanismos y ventajas selectivas explícito: dos etapas iniciales (de origen de 30 nm fibras de cromatina, lo que permite la compactación del ADN, y más firme apego de endomembranes a heterocromatina) ADN protegida y ARN naciente desde la esquila por nuevos motores moleculares que median el transporte de vesículas, la división y la motilidad citoplasmática. Entonces complejos de poro nuclear (CPN) octogonales posiblemente evolucionaron a partir de proteínas de vesículas COPII recubierto atrapados en grupos por Ran GTPasa mediada por la fusión de la cisterna que generó el sobre fenestrado nuclear, la prevención de la fusión cisternal completa letal, y permitiendo que la proteína pasiva y el ARN de cambio. Por último, tapar lúmenes NPC por una malla-FG nucleoporin y adoptar carioferinas para el intercambio nucleocytoplasmic confiere ventajas compartimentación. Estos cambios sucesivos tuvieron lugar en las células que crecen desnudos, probablemente como consecuencias indirectas sobre el origen de phagotrophy. El primer eucariota tuvo 1-2 cilios y también amurallada quistes de reposo; que describen cómo encystation puede haber promovido el origen del sexo meiótico. También explico por qué muchas ideas alternativas son insuficientes.

Conclusión

Complejos de poro nuclear son quimeras evolutivas de endomembrane-y las proteínas asociadas a la cromatina relacionada con la mitosis. Las claves para entender eukaryogenesis son un contexto filogenético adecuada y el conocimiento coevolución orgánulo: cómo las innovaciones en un componente celular causaron repercusiones en los demás.

Revisores

Este artículo fue revisado por Anthony Poole, Gáspár Jékely y Eugene Koonin.

Fondo

Las células son de dos clases fundamentales: bacterias (= procariotas, células con ADN segregada por los motores de membrana de superficie) y eucariotas (células nucleadas que divide por mitosis) 1 , 2 ]. En las bacterias el cromosoma de ADN típicamente única y circular está unido a la membrana citoplasmática de la superficie y segregado por motores de proteínas asociadas con esa membrana, y los ribosomas se inicia la traducción de ARN mensajero (ARNm) incluso durante la transcripción. Cromosomas eucariotas son normalmente múltiples y lineal y nunca se conectan directamente a la membrana de plasma de superficie. En su lugar, se fijan a y rodeados por una parte especializada del sistema de endomembranas (la envoltura nuclear, NE) durante la interfase, la parte del ciclo de la célula cuando la célula crece, los genes se transcriben, y el ADN replicados.Durante la división celular, por el contrario, los cromosomas eucarióticos se compactan, lo que impide la transcripción o la replicación, y se unen por sus centrómeros a los microtúbulos del huso mitótico, que los mueve en las células hijas. El problema de los orígenes nucleares, por tanto, requiere la comprensión coevolución de unos 27 componentes de la célula (Apéndice 1) y cómo llegaron a ser funcionalmente relacionados entre sí en el ciclo de vida fundamentalmente novela eucariota3 - 5 ], aproximadamente 850 Mi hace, por lo menos dos millones de años después bacterias evolucionado6 ]. No sólo la mitosis, sino también el sexo, es decir, la meiosis y singamia (celular y la fusión nuclear), debe haber evolucionado al mismo tiempo. Esta conclusión se sigue con independencia de si el árbol eucariota es entre unikonts (animales, hongos y tres filos protozoo) y bikonts (plantas, chromistas y todos los otros phyla protozoo7 , 8 ] o es en cambio entre Euglenozoa y todos los otros eucariotas, como se muestra en la figura.1 en línea con las recientes discusiones de la raíz se encuentra dentro Eozoa (Euglenozoa más excava), muy probablemente entre Euglenozoa y excava en sentido estricto9 ]. Los peroxisomas, las mitocondrias, centríolos, cilios y dictiosoma Golgi también deben haberse originado antes del último ancestro común de todos los eucariotas existentes, cualquiera de estas posiciones de la raíz es correcta6 ]. Esta transformación radical de la estructura celular (eukaryogenesis) es el caso más complejo y extenso de la evolución cuántica en la historia de la vida2 , 3 , 6 ]. Tierra De antemano era un mundo sin sexo, puramente bacteriana y viral. , Eucariotas endoesqueléticos Después sexy evolucionaron complejidad morfológica: diatomeas, mariposas, corales, las ballenas, las laminarias y árboles.
uña del pulgarFigura 1. El árbol de la vida y de los principales pasos en la evolución celular . Archaebacteria son hermanas a eucariotas y, contrariamente a las suposiciones generalizadas, el filo de bacterias más joven6 , 13 ]. Esta topología de árbol, junto con grandes pérdidas de propiedades posibacterial por el arqueobacteria ancestral, explica (sin transferencia lateral de genes) cómo eucariotas poseen una combinación única de propiedades que ahora se ven en las arqueobacterias, posibacteria y α-proteobacterias. Orígenes Eukaryote en tres etapas indicadas por asteriscos probablemente inmediatamente siguieron divergencia de arqueobacterias y precursores eucariotas del neomuran ancestral. Este ancestro surgió de una posibacterium actinobacterial madre por un quantum evolutivo reorganización de organización bacteriana - la revolución neomuran 6 , 12 ]: glicoproteínas N-linked superficie reemplazados murein; ribosomas evolucionaron dominio detención translacional el reconocimiento de las partículas de la señal; histonas reemplazados girasa DNA, cambiando radicalmente la replicación del ADN, la reparación, y las enzimas de transcripción. El eucariota representado es una etapa temprana hipotético después del origen del núcleo, mitocondria, cilio, y el esqueleto de microtúbulos, pero antes de distinta anterior y posterior cilios y transformación centriolar y ciliar (cilio anterior joven, posterior viejo:3 ]) evolucionado (probablemente en el eucariota cenancestral9 ]). Reino Chromista fue ampliado recientemente para incluir no sólo a los grupos originales Heterokonta, Cryptista y Haptophyta, sino también Alveolata, Rhizaria y heliozoos9 ], por lo que el nombre cromalveolados ahora innecesaria. Excavata ahora excluye Euglenozoa y comprenden sólo tres filos: el ancestralmente aeróbico Percolozoa y Loukozoa y la Metamonada ancestralmente anaerobia (por ejemplo, Giardia , Trichomonas ), que evolucionó a partir de un ejercicio aeróbico Malawimonas loukozoan relacionados. Los esteroles y fosfatidilinositol (PI) probablemente evolucionaron en el actinobacterium madre ancestral pero el arqueobacteria hyperthermophilic ancestral ellos pierden cuando éteres isoprenoides reemplazados lípidos acilo éster.
Evolución de los personajes complejos normalmente implica preadaptación, la innovación radical mutacional, y las diferentes fuerzas selectivas que actúan en la serie 3 , 6 , 10 ]. Aquí pinto una imagen integrada de la forma en el núcleo, el sexo, y el ciclo celular eucariota se originó y cuajaron en una novela, unificado, y forma de vida celular muy conservadores durante las etapas posteriores de la conversión de una bacteria en un eucariota. Además de establecer el contexto filogenético (Fig.1 ) hay tres problemas cruciales para entender el origen del núcleo5 ]: (1) Conjunto de endomembranes alrededor de la cromatina (el complejo DNA-histonas), (2) la evolución del complejo del poro nuclear (CPN), que permite de manera crucial de un canal entre el nucleoplasma y el citoplasma, y (3) el origen de los centrómeros y el huso mitótico, sin la cual los cromosomas nucleares no se pueden heredar de forma estable. Como se sostiene por primera vez hace 30 años11 ], el origen del núcleo de la célula no puede entenderse al margen de otras grandes innovaciones de la célula eucariota; coevolución intracelular entre los diferentes constituyentes de las células que interactúan físicamente o que afectan profundamente a las fuerzas selectivas que actúan sobre los demás es la clave para entender los orígenes de eucariotas3 , 4 ]. Elementos de la presente síntesis se presentan a continuación11 ], por ejemplo, que el sexo comenzó incluso antes de la envoltura nuclear, es decir, en una fase de la evolución prekaryote (ver fig.1 ) y las ventajas selectivos dominantes. Sin embargo, el contexto filogenético ha cambiado drásticamente con nuestra comprensión ahora mucho más robusta de la filogenia de células (1)3 , 7 , 8 , 12 , 13 ]. Por otra parte, la genómica ha permitido a los orígenes moleculares de muchos constituyentes eucariotas clave, incluyendo NPCs, para ser trazadas14 - 17 ], mientras que los avances en la biología celular molecular decirnos como núcleos en realidad se reúnen18 , 19 ] y la función. A partir de estos puntos de vista, ahora me propongo el primer mecanismo físico específico para la evolución de la arquitectura envoltura nuclear y explicar sus principales consecuencias genéticas y por qué otras teorías son inadecuadas.
Como el campo de eukaryogenesis se ha confundido por una plétora de ideas contradictorias, algunos no son compatibles con la evidencia establecida, antes de presentar las nuevas explicaciones que resumen dos áreas para ponerlos en contexto: (1) el origen filogenético de los componentes eucariotas, y ( 2) el origen del sistema de endomembrana y el citoesqueleto. Yo sólo esbozar las conclusiones, dando referencias para los detalles, ya que la mayoría de las pruebas y argumentos no es nuevo, está ya publicado. Debido a la naturaleza de los cambios moleculares en las principales transiciones evolutivas es más diversificada y compleja de lo que algunos evolucionistas moleculares se han dado cuenta, yo también introducir mis explicaciones originales del origen del núcleo con un esbozo de algunos básicos, pero los principios evolutivos ampliamente desatendidas que aplicará a todos esos importantes innovaciones en diseño corporal.Este fondo es bastante larga ya que el contexto evolutivo adecuado es tan importante: el núcleo no evolucionó por sí sola, las explicaciones de su origen no tienen sentido sin la comprensión de la evolución previa del sistema endomembrane de que su envoltura es una parte especializada.Coevolución intracelular de aproximadamente unas 100 propiedades novedosas es la base de la comprensión eukaryogenesis.

Contexto filogenético para eukaryogenesis

Las células eucariotas son quimeras evolutivas de una célula huésped ancestralmente phagotrophic con núcleo, endomembranes y endoesqueleto 3 ] y una α-proteobacteria esclavizado convierte en una mitocondria cerca del momento en que el propio núcleo se originó, es decir, antes de la divergencia de los linajes eucariotas existentes (Fig.1 )20 ]. Contrario a algunos supuestos17 , 21 ], el host para que simbiogénesis no era un arqueobacteria, sino un eucariota temprano de lo contrario completamente desarrollado con NE y el cilio (a protoeukaryote) o bien una etapa intermedia (prekaryote) que ya habían evolucionado rudimentos de la fagocitosis (los medios que puedan de que envuelve la α-proteobacteria) y membranas internas ya diferenciadas en un ER primitiva y peroxisomas, Endoskeleton, centrosomas y la mitosis (véase3 , 6 , 20 , 22 ] para mayor explicación). La figura.1 hace hincapié en la importancia clave para la evolución celular temprana de grupos ancestrales como Posibacteria y Eobacteria que son necesariamente parafilético (en contraste con los grupos holophyletic derivados como arqueobacterias y actinobacteria), pero que son filogenéticamente perfectamente respetable, los "argumentos" en contra de ellos es fundamentalmente defectuoso ( ver23 ]).
Figura 1 se diferencia de muchos puntos de vista ampliamente discutidos del árbol de la vida en tres aspectos principales: la posición de la raíz de todo el árbol, la posición de la raíz eucariota, y en la idea de que ambos arqueobacterias y en eucariotas evolucionaron de Posibacteria. Aunque estos temas se explican en detalle en otros documentos, muchos lectores no hayan asimilado la evidencia en la misma que con bastante fuerza los apoya, por lo que deberán comenzar con la descripción de la evidencia para estas interpretaciones y añadir algunos argumentos nuevos y nuevas pruebas para ellos y explicar las fallas en ideas alternativas sobre el enraizamiento y la topología del árbol.

Neomura Clade y su origen posibacterial

Archaebacteria están claramente relacionados con el huésped eucariota (formando un clado llamado Neomura 4 , 12 ]). Pero no hay pruebas sólidas de que las arqueobacterias son directamente ancestral a eucariotas. En lugar de ello varios argumentos muestran que son sus hermanas6 , 12 , 13 ]. Así, los> 20 características compartidas por ambos grupos, pero ausente de las eubacterias (por ejemplo, glicoproteínas N-ligadas, ARN polimerasas más complejas, las histonas básico) no son específicamente archaebacterial, pero los caracteres neomuran que se desarrolló en su ancestro común durante la revolución neomuran4 , 6 , 12 , 13 ]. Caracteres puramente archaebacterial (lípidos éter particular único de isoprenoides y flagelos) evolucionaron en el arqueobacteria ancestral después de que se separaron del linaje prekaryote 12 , 13 ]. Por otra parte, los genes compartidos por los eucariotas y eubacterias, pero no arqueobacterias (por ejemplo MreB que se convirtieron en la actina3 , 6 ], y moléculas de la superficie eubacterial que se convirtieron en receptores de lamina NE B14 ], y las enzimas que hacen los fosfolípidos de ésteres de acilo), probablemente se perdieron por el arqueobacteria ancestral, que al parecer fue sometido a una pérdida masiva de genes durante su adaptación secundaria a hyperthermophily[12 , 13 ]. Además de los argumentos anteriores, el análisis de múltiples genes más completo hasta la fecha pone convincentemente arqueobacterias como un clado holophyletic que es hermana de los eucariotas, no ancestrales que les24 ]. Sin embargo, estos autores se refieren a confusión al "origen profundo archaeal de los eucariotas" a pesar de su fuerte evidencia de que todas las arqueobacterias existentes forman un clado no derivado de un grupo ancestral parafilético. La frase "el origen de archaea 'implica erróneamente que el ancestro común de los eucariotas y las arqueobacterias tenía los atributos positivos específicos de arqueobacterias que los distinguen de ambas eucariotas y eubacterias, de los cuales hay muy pocos: en particular los lípidos isoprenoides éter, archaeosine ARNr modificados, flagelos y versiones duplicadas de ADN polimerasa B25 ].
Es unparsimonious suponer que tales personajes estaban presentes en y luego perdió por los antepasados ​​de los eucariotas. Aunque la sustitución de los lípidos archaebacterial por los lípidos de éster de acilo derivados del ancestro proteobacterial esclavizados de la mitocondria es una posibilidad formal26 ], sería evolutivamente muy onerosa y por lo tanto poco probable, y la filogenia da ninguna razón convincente para suponer que en el primer lugar. Por otra parte, la hipótesis de la sustitución por lípidos archaebacterial por lípidos eubacterial del simbionte-α-proteobacterial totalmente no explica el origen de fosfatidilinositol, que jugó un papel clave en eukaryogenesis27 ] y está presente en todos los familiares actinobacterial de Neomura pero nunca en arqueobacterias o proteobacterias. Por lo tanto, es mucho más probable que ambos arqueobacterias y en eucariotas evolucionaron de un ancestro común que era un procariota con los lípidos de éster de acilo incluyendo fosfatidilinositol, pero que aún no se había desarrollado significa que las propiedades específicamente archaebacterial como lípidos isoprenoides éter o propiedades eucariotas.
Evolución de esteroles refuta aún más fuerza la idea de que los eucariotas evolucionaron a partir de arqueobacterias y de forma independiente muestra que Neomura están más estrechamente relacionados con actinobacteria. Los esteroles en Actinobacteria y eucariotas se sintetizan a partir de escualeno, como son los hopanoides de eubacterias. En todo escualeno posibacteria se produce a partir de isopentenil difosfato (IPP), que es también el precursor para las colas de lípidos isoprenoides archaebacterial; en posibacteria, arqueobacterias, eucariotas y que nunca tienen plastos (que utilizan el lugar de cianobacterias ruta de isoprenoides DOX) se genera IPP por la vía de síntesis del mevalonato, las enzimas de las cuales estaban claramente en su lugar y heredan verticalmente desde el último ancestro común de Posibacteria y Neomura28 , 29 ]. Como las enzimas que convierten IPP en esteroles están totalmente ausentes de las arqueobacterias y en su mayoría ausentes de α-proteobacterias, esto refuta simultáneamente las ideas populares, pero totalmente erróneas que arqueobacterias estaban directamente ancestral a eucariotas 26 , 30 ,31 ] y que los eucariotas consiguieron esteroles a partir de la mitocondria esclavizado26 , 31 -33 ]. Actinobacteria son las únicas bacterias en las que muchos genes necesarios para la fabricación de esteroles son filogenéticamente generalizada y de origen antiguo dentro del grupo.Árboles de secuencia para cuatro principales enzimas de la síntesis de esteroles refutan la idea de que cualquiera de estos genes entró Actinobacteria por transferencia lateral de genes34 ] y son totalmente compatibles con el descenso vertical de la biosíntesis de esteroles de un posibacterium-actinobacterium como el primer eucariota (y su pérdida en el arqueobacteria ancestral cuando el reemplazo de los ésteres de acilo por éteres isoprenoides proporciona una alternativa y medios superiores de hacer las membranas más rígido). Curiosamente, a pesar de reconocer que sus árboles descartan la transferencia lateral de eucariotas a actinobacteria, Desmond y Gribaldo34 ] evadir la conclusión obvia de que Posibacteria fuera realmente ancestral a Neomura postulando transferencia lateral (LGT) de estos genes a partir de un tallo pre-eucariotas linaje en actinobacteria, pese a no haber prueba alguna de ese escenario inverosímil y unparsimonious, lo que requeriría Actinobacteria que son más jóvenes que los pre-eucariotas. La primera enzima de la síntesis de esteroles para monooxigenación escualeno (haciendo epóxido de escualeno) está tan extendida en actinobacteria que debe haber estado presente en el último ancestro común34 ], en procariotas en otros lugares se conoce sólo de unos pocos proteobacterias gamma y delta y un planctomycete (todos los miembros de las Gracilicutes clado13 ]), como los árboles no requieren ningún LGT se desarrolló probablemente en el último ancestro común de Posibacteria y Gracilicutes después de la divergencia antes de cianobacterias y la oxigenación de la atmósfera, sino que está completamente ausente de las arqueobacterias y α-proteobacterias. Como la síntesis de esteroles requiere oxígeno en segundo lugar por su pérdida o facultativamente anaeróbicas linajes es sorprendente (la probabilidad de que la arqueobacteria ancestral era en gran parte anaeróbica12 ] es otra razón por la que perdió esteroles).
La segunda enzima de la vía de la síntesis de esteroles, oxidoescualeno ciclasa, que cataliza la ciclación del epóxido de escualeno a lanosterol hacer y / o cicloartenol es aún más generalizado en las eubacterias, estando presente en tanto subphyla posibacterial (Actinobacteria, endobacteria), así como Proteobacteria (incluyendo incluso α -proteobacterias), Planctobacteria y cianobacterias, así que probablemente evolucionó aún más temprano antes de cianobacterias se separaron de los otros grupos, y era de suponer nunca presente en Eobacteria y perdió por Sphingobacteria, Spirochaetae y arqueobacterias. El árbol sugiere que una planctobacterium (Stigmatella ) sustituyó su propia enzima por uno de los eucariotas, pero no da ninguna evidencia de LGTs entre las eubacterias, contrariamente a la suposición de autores34 ]. Tal sustitución por LGT de una enzima dentro de una vía es mecánicamente sencilla, pero no hay ninguna evidencia de LGT de toda la vía en cualquier momento en la historia de la vida (por el contrario de reemplazo symbiogenetic por esclavización de células enteras permitía la parte de la vía del mevalonato para ser sustituido por el de las cianobacterias). La tercera enzima en la vía que cataliza C14 desmetilación de lanosterol es conocido sólo en el orden Actinomycetales (generalizada) dentro de Actinobacteria y de un delta y gamma proteobacteria uno; como el árbol no soporta la idea de la LGT, lo más probable es que se desarrolló en el mismo tiempo que la primera enzima, pero se perdió (o evolucionó más allá de reconocimiento bioinformático) más a menudo. La enzima DHCR24, que hace que el ergosterol esteroles más complejas y colesterol, está presente ampliamente y filogenéticamente profundamente en los Actinomycetales dentro de Actinobacteria y es hermana a su homólogo eucariota 34 ] si el árbol tiene sus raíces entre ellos y el β-proteobacteria Rhodoferax de acuerdo con la figura.1 , lo que sugiere que esta enzima también se originó en el mismo tiempo como enzimas uno y tres, pero se perdió incluso más a menudo. Se detectaron homólogos en una sola otra bacteria: Methylococcus ; sus ramas secuencia bien dentro de Opisthokonts y fue por lo tanto probablemente adquiridos por LGT de un animal, sin embargo no hay evidencia para LGT para ese gen proporcionado uno raíces del árbol correctamente. La interpretación más simple de los lanosterol y cicloartenol vías alternativas en eucariotas35 ] es que la primera eucariota heredó la oxidoescualeno ciclasa posibacterial verticalmente y que fue modificado por mutación en las plantas en el momento de origen de los plástidos y para hacer cicloartenol preferentemente y más tarde transferido a otros eucariotas por simbiogénesis secundaria (es decir, a chromistas y euglenoids fotosintéticos ); el árbol de secuencia34 ] es coherente con el enraizamiento de los eucariotas dentro Eozoa (fig.1 ) y refuta mi vieja idea de que la enzima de la planta provenía del ancestro de cianobacterias de plastidios[4 ].
Así esterol y evolución fosfatidilinositol refutar de forma independiente la idea de que los eucariotas evolucionaron a partir de arqueobacterias y ambos indican fuertemente que los parientes más cercanos son Neomura actinobacteria (de acuerdo con una docena de otros personajes 12 ]). Sin embargo, la evolución de los lípidos y glicoproteínas archaebacterial neomuran sugiere que Neomura puede haber evolucionado desde el otro suborden posibacterial, endobacteria. Homólogos de las glicosiltransferasas que hacen glicoproteínas N-ligadas fueron detectables sólo en endobacteria entre eubacterias13 ] y geranylgeranylglyceryl fosfato sintasa (GGGPS) la enzima que se une colas isoprenoides a sn ​​-glicerol-1-P para que los lípidos de la membrana de las arqueobacterias se conoce sólo de endobacteria (específicamente Bacillales) y el Sphingobacterium Cytophaga , por lo que es probable que endobacteria en lugar de Actinobacteria eran ancestrales a Neomura. Esta evidencia de un origen endobacterial de Neomura puede conciliarse fácilmente con la más amplia evidencia de sus afinidades actinobacterial por la topología del árbol posibacterial de la figura.1 , donde se muestra endobacteria como ancestral tanto Neomura y su hermana Actinobacteria. Sólo necesitamos postular que la actinobacterium cenancestral perdió glicosiltransferasa y GGGPS después de que se separaron de Neomura y que fosfatidilinositol evolucionamos inmediatamente anteriores a dicha bifurcación y se perdió sólo por arqueobacterias (junto con otros ésteres de acilo). Esta topología también permite el dominio del 5 'Alu del neomuran reconocimiento de la señal 7SL ARN haber sido heredado directamente de endobacteria12 ], por lo que es innecesario postular que el dominio posicionalmente equivalente presente en algunos endobacteria (solo entre eubacterias) es convergente13 ] - si se asume que el 5 'de dominio fue perdido en el actinobacterium ancestral. Como se discutió previamente13 ], la otra enzima clave para la sustitución archaebacterial de lípidos eubacterias, sn -glicerol-1-fosfato deshidrogenasa, que hace que su única sn -glicerol-1-fosfato, casi con toda seguridad evolucionado a partir de un homólogo posibacterial conocida (también presente en Thermotoga y Proteobacteria28 , 29 ]). La idea de que archaebacterial lípidos evolucionaron de forma independiente de las vías biosintéticas eubacterial y la idea de que sus células evolucionaron de forma independiente de las células eubacterial 36 , 37 ] son a la vez completo disparate.
Si actinobacteria son holophyletic (Fig. 1 ), no hay tampoco necesidad de asumir que cualquiera de las cinco proteínas únicas de Actinobacteria 38 ] o de cualquiera de los parálogos actinobacterially únicas de proteínas más extendidas, como el regulador de la absorción de hierro de la piel39 ] se perdieron por el ancestro de Neomura. Sin embargo, habría que asumir que las ramas actinobacterial más divergentes habían perdido proteasomas 20S, ya que se limitan a Actinomicetales13 ]. Skophammer et al.40 ] sugieren que arqueobacterias más endobacteria son un clado debido a dos reivindicados indeles compartidos, sin embargo, es evidente que un par de genes que consideraban no son realmente parálogos y el otro es auto contradictoria41 ] lo que no hay pruebas convincentes en contra de la topología mostrada en la figura1 . Una estructura argumental cuaternario de hidrogenasa dihidroorotato (PyrD) Evolución 41 ] es compatible con una ascendencia común para arqueobacterias y endobacteria, pero eso no quiere decir que sólo ellos forman un clado, ya que todos aceptamos que el eucariota ancestral era cladísticamente más cerca de Archaebacteria que endobacteria, por lo que debe de haber perdido la paralogue PyrD 1B; una pérdida adicional por la actinobacterium ancestral concilia sus argumentos con la figura.1Un argumento indel excluir la raíz del árbol de la vida desde Actinobacteria42 ] En realidad la excluye sólo del orden Actinomycetales y Bifidobacteriales, ya que su análisis no incluía proteínas GyrA girasa DNA de los tres órdenes más profundamente ramificación. Pero esa limitación del argumento no importa, ya que nunca hubo ninguna razón para pensar que la raíz estaba dentro de Actinobacteria en el primer lugar. Mi propia alineación indica que la única disponible GyrA desde lo más profundo actinobacterium ramificación ( Rubrobacter ) no tiene la inserción de cuatro aminoácidos que se encuentra en otra actinobacteria, lo que sugiere que se desarrolló después de la primera divergencia interna, posiblemente sustancialmente después (por cierto, la región de inserción parece incorrectamente alineados en42 ] y la diferencia probablemente se debe mover por cinco aminoácidos). No se puede utilizar este indel argumentar en contra de la topología o enraizamiento de la figura.1 porque cuando evolucionaron las histonas en el ancestro neomuran ADN girasa fue reemplazado por DNA topoisomerasa VI12 ], cuya subunidad B probablemente evolucionado a partir de GyrB, pero cuya subunidad A es tan radicalmente diferente que no se pueden alinear con GyrA43 , 44 ]. A la topoisomerasa-eucariota específica (IIA) probablemente también evolucionó de la ADN girasa por fusión de GyrA y GyrB hacer una quimera también tan diferente de sus antepasados ​​eubacterial que no se puede aplicar el argumento indel a ella. Dadas las transformaciones neomuran ancestrales de girasa en nuevos topoisomerasas, las pocas GyrAs archaebacterial que pueden ser alineados con los de las eubacterias casi seguro entrado arqueobacterias por LGT de eubacterias43 ], por lo que la ausencia en ellos de la actinobacterial inserción ácido 4-amino mayor42 ] No debe ser utilizado para argumentar en contra Actinobacteria son hermanas de Neomura (Fig.1 ).
Los argumentos anteriores de eucariota y la evolución de lípidos archaebacterial contradicen fuertemente (y son más convincente que) un análisis reciente de 53-gen en el que, en contraste con los métodos estándar filogenéticos que muestran arqueobacterias como hermanas holophyletic de eucariotas, un método heterogéneo teóricamente superiores muestra como las arqueobacterias antepasados ​​parafiléticos a eucariotas 45 ]. Varias ramas estadísticamente fuertemente apoyados en los eucariotas en ese árbol son topológicamente correctos, por lo que no pueden con seguridad se concluirán (como lo hicieron los autores) que la agrupación de los eucariotas como hermanas para crenarchaeotes solos no es también un error de reconstrucción filogenética - como creo que es probable. El mismo problema se aplica a sus análisis de ARNr y 41 proteínas de los genes46 ]. Prácticamente todos estos genes fueron sometidos marcada evolución acelerada episódica en el tallo eucariota, haciéndolos así sustancialmente diferentes de las de las arqueobacterias que reconstruir el árbol correcta con confianza es extremadamente difícil. Ninguno de estos árboles probar adecuadamente mi tesis acerca de la relación de la hermana de Neomura y actinobacteria como no se incluyeron actinobacteria y taxón de muestreo fue en general demasiado escasos para obtener los mejores árboles. Dado que los métodos y los conjuntos de datos de conflictos y que la topología en eucariotas es sospechoso (y contradictoriamente diferente) en todos los árboles, a pesar de que debería ser más fácil de reconstruir, no comparto la esperanza de los autores de que este tipo de análisis se puede establecer la verdad histórica por sí mismo de forma inequívoca lo suficiente como para confiar en él. Comparación de su árbol en general con sus eucariotas único árbol muestra que la inclusión de los grupos externos procariotas cambia la topología dentro de los eucariotas y misroots la parte eucariota del árbol. A medida que el tallo en la base de Neomura es aún más largo que el tallo en la base de los eucariotas que es probable que cause aún peores problemas de misrooting dentro de las ramas neomuran basales. Por lo tanto uno puede tener confianza en la conclusión de este análisis. La dificultad de decidir por incluso los mejores métodos actuales secuencia de árboles si arqueobacterias son holophyletic o parafilético hace hincapié en dos cosas: (1) hay que dar más peso a otra evidencia filogenética para establecer la filogenia correcta, como yo y el lago40 , 4247 - 51 ] tienen, y (2) es muy poco probable que las arqueobacterias pueden ser varias veces la edad de los eucariotas, como la suposición de que las arqueobacterias son tan antiguas como las eubacterias (por ejemplo, 36 ]) requeriría dada la evidencia fósil que eubacterias son al menos 2,5 y más probabilidades de 3-4 veces mayor que los eucariotas6 ]; si arqueobacterias eran realmente 2.5-4 × mayores de eucariotas, árboles de secuencia deben poner eucariotas claramente relativamente poco profundo dentro de uno u otro de los dos subphyla archaebacterial, que nunca lo hacen. Con mucho, la interpretación más parsimoniosa de la evidencia general relativa a la topología y la raíz del árbol de la vida es que el ancestro común de Neomura era ni arqueobacteria ni eubacterium (a etiquetarlo como bien se ve seriamente confuso), sino un intermedio de transición entre estos dos grandes grupos, que tenían lípidos eubacterial / eucariotas de tipo, pero glicoproteínas de superficie ligados a N neomuran y enzimas de manipulación de ADN-3 , 4 , 12 ].
Dado que esta transición "eslabón perdido" surgió un poco antes que los eucariotas sí mismos, durante lo que puse el nombre de la "revolución neomuran ', se remite al lector a los debates anteriores de esta revolución que permite en la estructura celular y de la evidencia convincente del registro fósil y la transición análisis que eubacterias son parafilético y ancestral a Neomura y mucho más antigua 6 , 13 ]. Estos documentos refutan la suposición injustificada, generalizada de que la raíz del árbol de la vida está entre Neomura y eubacterias (que se supone, por ejemplo, por52 ], a pesar de su afirmación errónea de que su figura1 . árbol era "sin raíces"). Detallan por qué es incorrecto, y por qué la raíz está dentro fotosintética eubacterias Gram-negativas (Negibacteria: la fig.1 , donde los taxa ancestralmente fotosintéticos son de color verde o púrpura)6 , 12 , 13 ]. La conclusión de que la raíz del árbol es bacteriana dentro de Negibacteria ha sido cuestionada sobre la base de las distribuciones de indel40 , 42 , 47 - 51 ], pero Valas y Bourne[41 ] han reexaminado estos indeles críticamente a la luz de la proteína estructura tridimensional y demostrar que las supuestas contradicciones de mi tesis no pueden ser justificadas y que la raíz del árbol dentro Negibacteria, concretamente al lado o dentro Chlorobacteria, sigue siendo la mejor interpretación para el enraizamiento del árbol de la vida.
Como eubacterias son el basal, más antiguo grupo de células de las que Neomura evolucionó, muchos más genes que a menudo se supone fueron heredados por el prekaryote ancestral verticalmente desde el ancestro eubacterial de Neomura y ya estaban presentes antes de las mitocondrias y núcleos evolucionaron. La ausencia de numerosos genes homólogos en eucariotas arqueobacterias, y su presencia en muchos eubacterias, se utiliza a menudo para sugerir que fueron adquiridas de la α-proteobacteria esclavizados o por transferencia lateral de genes independientes (LGT) 17 ]. Sin embargo, esa conclusión es probablemente erróneo, al basarse en suposiciones dudosas: la LGT es más fácil que múltiples genes pérdidas, que el anfitrión era un no arqueobacteria un prekaryote derivado del ancestro neomuran. El antepasado eubacterial de Neomura no podría haber sido un negibacterium con dos membranas que delimitan, pero era un posibacterium con una membrana de una sola superficie, como Neomura; probablemente un actinobacterium madre, es decir, un temprano intermedio entre endobacteria y coronar Actinobacteria4 , 6 , 12 , 13 ]. Como tal, probablemente era extremadamente rica en genes. Así arqueobacterias son probablemente secundariamente simplificadas, su antepasado que han perdido cientos de genes eubacterial durante su adaptación de la novela de hyperthermophily después de su divergencia del ancestro eucariota, por ejemplo, la pérdida de la mayoría de los genes para el metabolismo aeróbico, incluyendo el citocromo P450 que fueron los precursores de la respiración ER , que probablemente no se deriva de la simbionte proteobacterial (véase22 ] para la discusión de los posibles números de genes putativos de los intermedios y de las contribuciones relativas de los dos principales donantes de genes en eukaryogenesis, que corrige algunos conceptos erróneos generalizados). Al igual que los micoplasmas, arqueobacterias son altamente derivan y especializada, no primitiva, bacterias. Por el contrario su hermana grupo aeróbico a gran unicelular, el linaje prekaryote se hizo mucho más compleja genéticamente a través de la mayor explosión de genes (y probablemente genoma) la duplicación en la historia de la vida. En el momento en el núcleo comenzó a evolucionar, los miembros de este linaje habían dejado de ser bacterias, que ya ha evolucionado ER y endoesqueleto rudimentaria6 , 12 ].

La raíz eozoan del árbol eucariota entre Euglenozoa y neokaryotes

Del mismo modo que hay que seguir hacia arriba desde las bacterias hasta los eucariotas con una filogenia confiable arraigada en la realidad celular y paleontológico, no especulaciones sin fundamento, por lo que hay que trabajar a la baja sistemática de la diversidad conocida de los eucariotas para inferir la naturaleza de su último ancestro común. Sólo cuando ambos inferencias son sólidos podemos esperar para explicar la transición de procariotas a eucariotas realista.Razonamiento pasada ha visto obstaculizada por la raíz del árbol eucariota también suelen ser colocado mal. Aunque no es tan inherentemente difícil como enraizamiento todo el árbol de la vida, la corrección de estos errores no ha sido fácil. Ahora podemos descartar la idea anterior de que cualquier linaje de los eucariotas premitochondrial sobrevive, ya que hay buena evidencia de que todos los linajes existentes tienen reliquias de una mitocondria53 ], por lo que la raíz del árbol puede no estar dentro del phylum excavar secundariamente anaerobios Metamonada que incluye Giardia y Trichomonas , como a menudo se supone que en el pasado, y tiene que estar entre los phyla protozoo ancestralmente aeróbico. Que los mitosomes de doble membrana deGiardia hecho evolucionaron a partir de las mitocondrias y no evolucionaron por separado a partir de α-proteobacterias (como algunos han especulado) se muestra por la presencia de Tom4054 ], la proteína de membrana externa que en todas las mitocondrias de neokaryotes (es decir, todos los eucariotas, excepto la temprana Euglenozoa divergente9 ]) media la importación de proteínas en la mitocondria desde el citosol.
Hace unos años, la evidencia sugiere que la raíz eucariota se encuentra entre dos grandes grupos que difieren radicalmente en citoesqueleto y organización ciliar: unikonts y bikonts 3 , 7 , 8 ].Unikonts, que comprenden animales, hongos, Choanozoa, y Amoebozoa, se postula ancestralmente haber tenido un cilio y centríolos y interfase microtubular citoesqueleto en la forma de un cono de microtúbulos individuales que emanan de la centríolos, como un medio de huso 3]. Bikonts, que comprende los reinos vegetal y chromist más 10 protozoo phyla que forman cuatro clados (alveolates, excava, Rhizaria, Apusozoa), ancestralmente tenían un esqueleto cortical asimétrica de las bandas de múltiples microtúbulos que forman las raíces de dos cilios disímiles y centríolos3 ]. Sin embargo, ahora parece que esta interpretación se equivocó9 ]. Un argumento para esta bifurcación siendo fundamental se basó en una interpretación errónea del ciliar y el desarrollo centriolar del limo unikont molde Physarum que sugerían que se trataba fundamentalmente diferente en el unikont Amoebozoa del patrón imperante en bikonts, pero el descubrimiento de una corrección por alto a la interpretación anterior ahora hace que sea probable que la mayoría, posiblemente todos, eucariotas comparten fundamentalmente el mismo patrón de transformación cilios y evolucionado a partir de un antepasado temprano que ya había evolucionado dos centriolos y ciliar y el patrón generalizado de transformación ciliar de un menor a un cilio mayores55 ]. La evidencia reciente de que la biciliate deslizándose Apusozoa son filogenéticamente dentro unikonts (apusomonads siendo probablemente al menos hermanas para opisthokonts9 , 56 ]) hace que sea probable que los patrones del citoesqueleto simples de Amoebozoa y Opisthokonts se derivan en segundo lugar después de la pérdida independiente, respectivamente, de la parte posterior y anterior del cilio. Un segundo argumento basado en un gen de fusión derivada contra la raíz está dentro bikonts8 , 57 ] es también ahora invalidado por la creciente evidencia de que apusomonads, que tienen ese gen de fusión57 ], pertenecen dentro unikonts como hermanas a opisthokonts56 ].
Otra posición favorecida por la posición de la raíz estaba dentro de las excava junto a los flagelados jakobid debido a la naturaleza primitiva de su genoma mitocondrial 58 ]. Sin embargo, los argumentos más fuertes provienen de los numerosos rasgos distintivos de Euglenozoa, que la mayoría simplemente se explican si la raíz está entre Euglenozoa y excava9 ] como se muestra en la figura1 . Dos personajes euglenozoan en particular, la ausencia de la proteína de importación mitocondrial Tom40 y del preiniciación 'reconocimiento de origen complejo' la replicación del DNA (ORC), ambos de los cuales es probable que sean los personajes ancestrales de los eucariotas más primitivos, más que simplificaciones derivadas secundariamente9 ]. Anteriormente Tom40 y ORC se supone que se originó en el eucariota ancestral, ahora creo que es más probable que ambos surgió algo más tarde en el ancestro común de todos los eucariotas distintos de los eucariotas (colectivamente llamado neokaryotes para contrastarlas con la muy diferente Euglenozoa9 ]). Parece posible que la ARN polimerasa II factores de transcripción IIA, F y H también se originó sólo en no el neokaryote ancestral del primer eucariota, que están ausentes de los genomas trypanosomatid, a menos que se perdieron por Euglenozoa cuando su cenancestor sustituye la regulación transcripcional neomuran original posttranscriptional regulación génica59 ].
Podemos eliminar con seguridad la mayoría de otras posiciones formalmente posibles de la raíz eucariota, e inferir con alta confianza en que el último ancestro común de todos los eucariotas era un protozoo phagotrophic con núcleo, al menos un centriolo y cilio, mitocondrias facultativamente aeróbico, sexo (meiosis y singamia ) y quiste latente con la pared celular de quitina y / o celulosa, y peroxisomas (Fig. 2 ); estas conclusiones todos siguen si la raíz está al lado de los jakobids o la Euglenozoa. Este último ancestro era probablemente no fotosintética, a menos que las cianobacterias esclavizado cloroplastos simultáneamente con las mitocondrias, como a veces se ha propuesto60 ], pero que es poco probable si la raíz está al lado o dentro Euglenozoa o excava. Es importante destacar que para el presente trabajo, el cenancestor eucariota (último ancestro común) ya tenía una envoltura nuclear muy desarrollada con NPCs complejos con todas las proteínas compartidas por los animales, las plantas y Euglenozoa y al menos ocho carioferinas diferentes para mediar en el intercambio nucleocytoplasmic. Esas proteínas NPC aparentemente ausente en los parásitos Giardia y Plasmodium14 , 17 ] han divergido considerablemente más allá del reconocimiento, ya sea (lo más probable) o ha perdido, y no representan un estado primitivo simple como algunos sugieren17 ]. Esto es sin duda lo que para Plasmodium , que se separaron de las plantas después de que el origen de las algas rojas, cuyo plastid su antepasado esclavizado (dada monofilia chromalveolate:61 , 62 ]). Sin embargo, si la raíz es de hecho entre Euglenozoa y el resto de los eucariotas, al menos algunos de los aparentemente ausente de la trypanosomatid Leishmania17 ] puede ser realmente, primitivamente y universalmente falta en Euglenozoa. El último ancestro común de todos los eucariotas (cenancestor) fue casi con toda seguridad sexual y probablemente haploides, sufriendo singamia antes de enquistamiento y la meiosis durante la germinación del quiste (excystment), pero se necesita un mayor estudio de ploidía en linajes divergentes temprana para probar esta3 , 63 ]. Aunque la mayoría de euglenoids se han considerado para ser asexual ( Scytomonas es el único con singamia probada, pero incluso para que la meiosis no se ha visto), la evidencia para mecanismos sexuales relativamente normales está creciendo para la euglenozoan Trypanosoma brucei64 , 65 ].
uña del pulgarFigura 2. ciclo de vida inferido y el alto grado de complejidad organellar del último ancestro común de todos los existentes eucariotas . Esta reconstrucción se supone que la raíz del árbol eucariota es entre Euglenozoa y excava7 , 8 ]. Si es así, todos los personajes homóloga presente en ambos lados de la división neokaryote / euglenozoan debe haber evolucionado antes de la cenancestor, a condición de que su posterior transferencia lateral de genes de una a la otra se puede descartar, ya que puede para los personajes complejos que se muestran. La principal incertidumbre es si hubiera sólo un centríolo y cilio como se muestra, o más probablemente dos de cada9 ].Además de los microtúbulos peliculares también habrían sido raíces centriolares que consisten en bandas de microtúbulos (probablemente dos si el antepasado era uniciliate y tres si biciliate) y un citostoma anterior especializado y cytopharynx para la ingestión presa (todos no mostrados por simplicidad). El peroxisoma (p) probablemente fue unido al núcleo y el aparato de Golgi probablemente estaba unida a un cuerpo centrin; centrin sería también se han asociado con el centriolo y intranuclearly en polos del huso mitótico. La mitocondria (m) fue probablemente en realidad unida al centríolo y / o núcleo. Un citoesqueleto de actina ramificada que impregna el citoplasma estaba vinculada a la envoltura nuclear (NE) a través de KASH / dom complejos de proteínas de membrana integral y a la membrana plasmática a través de proteínas de membrana de integrina-incrustado. Singamia involucrado fusión de la membrana plasmática, NE, y probablemente las mitocondrias.
Esta rerooting del árbol es importante para pensar en el origen de los eucariotas, ya que significa que varios personajes a menudo asume que en general para eucariotas y han evolucionado en el primer eucariota realmente evolucionado más tarde, por ejemplo, en el ancestro de neokaryotes o neozoa. Por lo tanto, ahora parece que las glicoproteínas N-ligadas eucariotas eran probablemente inicialmente algo más simple que en los animales y las plantas. Si otro Euglenozoa asemejan tripanosomátidos en la falta de terminales de glucosa en el grupo glicosilo que se añade a las proteínas cotraduccionalmente en el RER66 ], a continuación, la enzima haciendo dolicol-fosfato de glucosa o el donante en neokaryotes para sumar tres residuos adicionales puede haber evolucionado sólo en el eozoan ancestral, no el primer eucariota, control de calidad, probablemente más de glicoproteínas también era fácil ya que carecen de dos de los cuatro enzimas que utilizan Neozoa para digerir los defectuosos (Manosidasa I y el péptido-N-glicanasa) [67 ].
A menos que la raíz del árbol eucariota estaban dentro de Euglenozoa entre el euglenoidScytomonas , que (posiblemente primitivamente) tiene sólo un único centriolo y cilio68 ], y todos los demás Euglenozoa que ancestralmente tenía dos (una posibilidad que no se puede excluir en la actualidad), a continuación, el último ancestro común de los eucariotas casi seguro que tenían dos centriolos y cilios por célula hija. Los centríolos probablemente se han duplicado en el comienzo de la fase S y los dos centríolos padres se han separado antes de la división, cada uno asociado a una nueva centríolo hija, al igual que en todos los eucariotas ciliadas bien estudiados. Como el grupo más cercano a Euglenozoa en los árboles sin raíces es el phylum excavar Percolozoa (Heterolobosea y sus familiares)69 ], si la raíz está entre Euglenozoa y excava, excava las ramificaciones más tempranos habrían sido el phylum discicristate Percolozoa. Esto es importante para comprender el origen de la mitosis, ya que tanto Percolozoa y Euglenozoa tienen mitosis intranucleares con una envoltura nuclear intacta y un nucléolo que divide, muy a diferencia de la mitosis abierta de animales y plantas en el que el nucléolo y la membrana nuclear tanto se dispersan antes de la metafase. Esta posición de la raíz probable entre Euglenozoa y Percolozoa significa también que en el eucariota ancestral (como en estos dos phyla) los centríolos no habrá sido estar directamente en los polos del huso, pero se une indirectamente a ellos por un citoesqueleto fibrilar citoplasmática. Por otra parte, ya que ni filo era ancestralmente ameboide, su ancestro común habría tenido una célula de la corteza semirrígida bien desarrollado con el apoyo de los microtúbulos corticales longitudinales, por lo tanto la mitosis y la división celular probablemente evolucionado en una celda con la superficie semi-rígido, esta rigidez probablemente estabilizar los primeros eucariotas y permitiendo la segregación de ADN bastante precisa después de la pérdida de la pared celular de eubacterias; como argumentó anteriormente[70 ] la creencia generalizada de que los primeros eucariotas eran amebas con una superficie blanda es probablemente un mito; tales intermedios sin forma se han agravado los problemas de mantener la segregación de ADN eficiente durante eukaryogenesis cuando era la conexión bacteriana de ADN cromosómico a la superficie celular y la pared rígida perdido.
Orden geométrico es esencial para el ADN y la segregación orgánulo. El punto importante de este trabajo es que la cenancestor eucariota tenía al menos un centríolo y cilios en las células hijas (posiblemente dos) y al menos dos centríolos (posiblemente cuatro) en las células predivisión, probablemente unido al núcleo durante la interfase para formar un complejo karyomastigont .Probablemente el esqueleto de microtúbulos corticales que persiste durante todo el ciclo celular y se divide entre hijas, con nuevos elementos que se inserta en cada uno, coevolucionado con el huso mitótico puramente temporal; el origen de la primera película protozoo es importante para la comprensión de eukaryogenesis como se discute más adelante . Además, la eucariota cenancestral ya había evolucionado el acoplamiento de la duplicación centriolo al inicio de la replicación de ADN en el comienzo de la fase S71 - 76 ], y tenía los controles del ciclo celular completamente eucariotas77 ] sobre la base de las quinasas del ciclo celular, fosfatasas, y proteasas, además de ciclina-mediada por la anafase proteolítica de reposición de cientos de proteínas, así como el control del crecimiento sobre el G1 a S transición y la participación de la fase S puesto de ε-tubulina en la duplicación centriolo 78 ]. Este orden temporal es tan importante como la orden geométrico para la reproducción celular exacta. Todas estas novedades fueron evolucionando al mismo tiempo durante la transición procariota-eucariota, efectivamente al mismo tiempo que el núcleo, nuestro tema principal.

Simbiogénesis: un accesorio para eukaryogenesis, no el instigador principal

Aunque simbiogénesis explica el origen de las mitocondrias, la teoría de un origen simbiótica del núcleo de Mereschkowsky 79 ], y los recientes intentos de modernizar ella, están todos decisivamente refutada por el NE siendo tres subdominios del retículo endoplasmático (ER) (para decir que está 'conectado a' ER 17 ] es un error, sino que es ER, teniendo siempre ribosomas en su superficie exterior); analogías con las mitocondrias o bacterias son extremadamente ingenuos[80 ]. Los pasos muy distintivas en eukaryogenesis - todo mucho más radical que el origen de las mitocondrias - helotic fueron los orígenes integrados de la fagocitosis, endomembranes, endoesqueleto, mitosis, núcleos, centríolos, cilios, los controles del ciclo celular, la meiosis y singamia3 , 4 , 11 ]. Como se subrayó anteriormente, estos posiblemente evolucionado por la rápida transformación estructural autógena de una célula bacteriana a través de fuerzas selectivas totalmente nuevos y transformaciones estructurales intracelulares drásticas causadas por la aparición de phagotrophy3 , 4 ]. Aunque simbiogénesis mitocondrial de transferencia de muchos genes α-proteobacterial al núcleo, cuya proteínas fueron a menudo (no siempre) reorientado a la mitocondria involucrado 20 ], estos genes eran probablemente no esencial para cualquier principales innovaciones no mitocondriales, excepto para el suministro en algunos genes transferidos intrones del grupo II libre de empalme que se desarrollaron en los intrones spliceosomal y ARN3 , 81 ]. Es importante darse cuenta de que la propia mitocondria es una quimera evolutiva con muchas proteínas clave de origen de acogida que se importa, por ejemplo, las proteínas transportadoras de membrana interior20 ]. Árboles recientes indican que las proteínas de la membrana interna oxa1 (que inserta las proteínas de la cadena respiratoria de la matriz mitocondrial) y Oxa2 (que reúne citocromo oxidasa) evolucionaron en el eucariota ancestral por la duplicación de gen YidC del huésped, más bien que de la-α-proteobacterial YidC ( como crenarchaeotes carecen YidC no pueden haber sido ancestral a eucariotas)82 ]. En el árbol de YidC82 ] secuencias neomuran son un clado (con arqueobacterias y eucariotas hermanas) que se ramifica entre endobacteria y Actinobacteria y hay una bipartición clara entre los neomuran / secuencias posibacterial y los de negibacteria más cloroplastos, en consonancia con la figura.1 .
Simbiogénesis cloroplasto fue probablemente después de la unikont / dividir corticate (Fig. 1 ), seguida poco después por la esclavitud secundaria de un alga roja para producir cromalveolados [83 ]; dos principales symbiogeneses fotosintéticos sustituidas de ácidos grasos de acogida y otras enzimas, pero no afectó significativamente las propiedades nucleares básicas, excepto que en chromistas entre cromalveolados fusión de membranas colocadas alga roja esclavizados dentro de la cisterna perinuclear61 ]. En contraste a la mitocondria la proteína ALBC que inserta proteínas del estroma en los tilacoides probablemente evolucionaron a partir de la cianobacteria YidC, el anfitrión YidC no esté disponible entonces para tal co-opción, ya que ya había sido modificado por la función mitocondrial como oxa1 y 2, y su fracaso débilmente apoyado al grupo con cianobacterias en lugar de otras secuencias negibacterial es probablemente un artefacto82 ].Pero incluso los cloroplastos son quimérico tener portadores de la membrana interna de origen de acogida, y teniendo como mitocondrias tienen sus lipopolisacáridos de membrana externa originales reemplazados por fosfatidilcolina de acogida.
Un importante insuficientemente apreciado, característica de la simbiogénesis, es que se suministra varias membranas genéticos nuevos a la célula eucariota. De muchas maneras, además de las membranas genéticos era más importante que la de ADN, genes o genomas, porque sin ellos los genes para la fosforilación oxidativa serían inútiles. La transferencia lateral de genes había permitido genes foráneos para ser adquirida por las bacterias desde el inicio de la vida, pero para 3,5 Gy nunca tuvo éxito en la transferencia de la fotosíntesis oxigénica de una bacteria a otra. En procariotas de vida libre linajes celulares han sido estrictamente vertical a lo largo de la historia. Con la adquisición de phagotrophy, eucariotas podría adquirir células enteras y las membranas genéticos nuevos, así como genomas, no sólo los genes de otros organismos, por lo que la herencia de las membranas rara vez ha sido horizontal entre taxones no relacionado.Por supuesto, el sexo también implica la transferencia horizontal de las membranas, así como los genes. La herencia de la membrana es al menos tan antigua como la herencia del ADN - probablemente más antiguo84 ] - y tan importante para la comprensión de la evolución celular[20 , 62 , 84 - 88 ]. Todas las membranas se han heredado de los de la primera celda y los orígenes de nuevos mecanismos de direccionamiento de proteínas en y a través de membranas es esencial para eukaryogenesis, que implicó un marcado aumento en el número de membranas genéticos, algunos iniciado en asociación con y que permiten (no causado por) esclavización célula extraña85 ] y otros no, es decir, ser puramente autógena.

Origen coevolutionary del sistema endomembrane y citoesqueleto

El sistema de endomembranas y el citoesqueleto se coadaptadas e interactúan de muchas maneras. Redes de ramificación de actina se unen a la membrana plasmática, endomembranes y orgánulos por los enlaces de proteínas específicas. El sistema endomembrane depende fundamentalmente de brotación capa mediada por vesículas de un compartimento, uncoating, y la fusión de las vesículas lisas con compartimentos de destino. Tanto en ciernes y la fusión son mediados por suites de efectores mecánicos, apuntando a los factores de especificidad, y el control de las proteínas entre las que GTPasas juegan un papel importante. Las vesículas son transportados a lo largo del citoesqueleto por motores moleculares ausentes en bacterias: myosins para los filamentos de actina, dyneins y quinesinas para los microtúbulos. Probablemente tres miosinas funcionalmente especializadas diferentes estaban presentes en la eucariota cenancestral7 ] (este cálculo no se cambia por la reciente rerooting el árbol9 ], aunque una empresa debe considerar la adición de los dominios de la cola más extendidos a dos de ellos como sinapomorfias neokaryote solamente, no compartida por la Euglenozoa divergente antes).Evolucionaron durante eukaryogenesis por sucesivas duplicaciones de genes después de su ancestro común se convirtió en el primero de la miosina por la transformación radical de un ex GTPasa bacteriana por un cambio en la especificidad de nucleótido ATP89 ] y diversas fusiones de dominio90 ] para que un motor complejo. Asimismo, la eucariota cenancestral probablemente tenía 11 diferentes kinesins cadena pesada91 ], con múltiples funciones en la mitosis, la motilidad ciliar y el transporte de vesículas, incluyendo las interacciones con dineína (nota que la reciente enraizamiento del árbol entre Euglenozoa y neokaryotes9 ] reduce el número estimado previamente en el eucariota cenancestral porque ahora se puede tratar kinesins 4-8 y 15 como habiendo evolucionado posteriormente en sólo el neokaryote ancestral, la rerooting también invalida la anterior sugerencia de que kinesin-17 es un sinapomorfía para bikonts91 ], sino que probablemente se originó en el eucariota ancestral y se perdió por el unikont ancestral, como lo era independiente varias veces dentro de Plantae y Chromista). Kinesins y miosinas son ATPasas estructuralmente relacionados, probablemente tener un origen común en la prekaryote por una duplicación de genes primaria. Motores de dineína están relacionadas no a ellos sino a midasin y surgieron de forma independiente a partir de una ATPasa bacteriana92 ]. Las duplicaciones produjeron nueve diferentes dyneins cadena pesada en el cenancestor93 ], la mayoría participan en la motilidad ciliar94 ].
Cuando propuse que el origen de la actina para un papel en la fagocitosis fue la invención molecular primaria que desencadenó eukaryogenesis 11 ] ni siquiera se sabe que la actina y la miosina estaban involucradas en ello. Desde entonces un papel universal se ha convertido en aparente para la actina y la miosina, no sólo en la fagocitosis, pero en otras formas de endocitosis retenido incluso por eucariotas como la levadura, cuyos antepasados ​​phagotrophy abandonado[95 - 99 ]. Por lo tanto, una asociación íntima de actomiosina con la endocitosis en todas sus formas y con el tráfico de endomembrane vesícula es central para las células eucariotas. La actina es una pieza clave en la biología endomembrane y no sólo participa en la motilidad celular general y división citoplasmática. Se originó a partir de la proteína MreB esqueleto de la membrana bacteriana, que al igual que la actina ayuda a mediar tanto la forma celular y la división100 - 105]. Prekaryote duplicaciones de genes producen no sólo la actina, pero las proteínas actina relacionadas (Arps) que nuclean los filamentos de actina, Arp2 / 3 son esenciales para la ramificación de hacer una red esquelético 3D por primera vez y para la endocitosis. Del mismo modo, seis tubulins (α, β por los microtúbulos, γ-tubulina de nucleación centrosomal y δ, ε, η para centriolos) deben haber surgido antes de la cenancestor por duplicaciones de genes de un pariente de FtsZ, la GTPasa bacteriana filamentosa que se remonta que el último ancestro común de toda la vida y es el marcador general para el sitio de la división bacteriana (a pesar de haber perdido secundariamente por el antecesor de muchos crenarchaeotes y también dentro Planctobacteria).

Las nuevas proteínas y eukaryogenesis

Por lo tanto antes de los orígenes del núcleo y la mitocondria del prekaryote experimentó enormes duplicaciones de genes que crearon estructuras eucariotas característicos 106 ]; en particular de las pequeñas GTPasas involucradas en gemación de vesículas o fusión107 ]; de actina, tubulinas, y motores moleculares; de las proteínas de la proteasoma haciendo de este cilindro digestivo inmensamente más compleja que en bacterias debido a los nuevos controles proteolíticas ubiquitina-ligado más el ciclo celular y la eliminación de las proteínas lumen del RE defectuoso por el sistema ERAD108 ], y - un significado especial para el origen del núcleo - proteínas de vesículas revestidas (por ejemplo COPII, COPI, clatrina). Estas duplicaciones de genes, y los orígenes de los dominios de proteínas novela (la más extensa desde que comenzaron las células)[6 ], tuvo un papel clave en eukaryogenesis, la lógica central de la cual se resume en la figura. 3de cada seis grandes etapas. (A). Ancestralmente un anillo de FtsZ entre la hija de ADN terminales (T) bacterias divididas, su forma de ser controlado por MreB esqueleto cortical (azul) y la pared murein rígido (marrón). (B). El origen de phagotrophy a continuación, interrumpe esta. En el ancestro glicoproteínas flexibles neomuran (amarillo) reemplazó murein, permitiendo MreB en el ancestro de los eucariontes se convierta actina (azul) y la fagocitosis de energía, que interioriza-ADN membrana adjuntos (centro); poco después la evolución de la vesícula COP-revestido en ciernes, y fusión con la membrana plasmática después uncoating, hizo endomembranes permanentes (EM: precursores de ER, NE, Golgi, lisosomas, peroxisomas (P) se separó antes) e interrumpió la segregación del ADN bacteriano. (C). Origen hipotético de mitosis simple en una célula prekaryote donde FtsZ duplicaciones de genes evolucionaron los microtúbulos estables y centrómeros-γ que contiene tubulina (probablemente también contienen centrin) todavía unido a la membrana de la superficie. La unión al origen cromosoma y los microtúbulos de fijación paralelo a la membrana celular a través del ciclo celular Centrosoma impidió la fagocitosis en esa región (superior) y por lo tanto evita el cromosoma internalización como en B, pero permitió que en otros lugares (por ejemplo, ejemplo inferior muestra). La actina y la miosina que originalmente se desarrolló para la fagocitosis fueron reclutados para formar un anillo contráctil de la citocinesis, en sustitución de la función perdida de FtsZ. Probablemente fueron reclutados de este modo antes de FtsZ duplica a α-, β-y γ-tubulina y la función principal de los microtúbulos eran impedir actomiosina que divide la célula antes de la replicación haya terminado o la internalización de los sitios de unión de cromosomas. Esta función estabilizadora sería menos exigente para el origen inicial de los microtúbulos y los centrosomas que muchos los posteriores más complejas. Kinesin (un miosina relativa) puede haber evolucionado por duplicación de genes y la divergencia de la miosina en esta etapa para impulsar además los microtúbulos antiparalelos unidos a los centrosomas hija, sólo entonces sería ligero acortamiento de microtúbulos permitir que el anillo de actomiosina para escindir la célula. Esta prekaryote phagotrophic yo, con tanto kinesina y motores de miosina que podrían segregar su ADN y dividir la celda, tenía un ciclo de duplicación centrosoma, pero sin envoltura nuclear y quizás ni aún incluso endomembranes permanentes. (D).Los accidentes en la duplicación del centrosoma y la internalización de la membrana phagotrophic generaron un prekaryote más complejo II en la que endomembranes estables diferenciadas en los peroxisomas (P) y protoendomembranes (EM, es decir, los antepasados ​​de ER y Golgi, véase27]), algunos de estos últimos restante asociado con el centrosoma internalizado y el ADN, mientras que otro centrosoma se mantuvo en la superficie celular y continuó para estabilizar y controlar el sitio de la citocinesis por el anillo de actina. En última instancia, el centrosoma superficie genera los microtúbulos peliculares y los centriolares y ciliares microtúbulos del eucariota cenancestral, mientras que el MNC ER asociada nucleada su eje intranucleares. (E). La primera eucariota.Anexos EM alrededor del ADN hizo un NE primitivo, y los conectores (marrón, que contiene posiblemente centrin) evolucionaron para asegurar que tanto los orgánulos citoplasmáticos y nucleares fueron segregados adecuadamente en la división, que fue obligado a estar entre hermanos centrosomas citoplásmicos y sus microtúbulos peliculares adjuntos. El aparato de Golgi (G) era probablemente para entonces diferenciarse de la sala de emergencia y unido a la centrosoma.
uña del pulgarFigura 3. Evolución de los eucariotas de un posibacterium, haciendo hincapié en los cambios en la segregación del ADN provocados por la internalización de ADN membrana adjuntos .(A). Un anillo de FtsZ entre la hija de ADN terminales (T) divide las bacterias; MreB esqueleto cortical (azul) y la pared murein rígido (marrón) forma de las células control. (B). Efectos perturbadores de phagotrophy. Izquierda: glicoproteínas flexibles (amarillo) reemplazados murein, permitiendo MreB para convertirse actina (azul) y la fagocitosis de energía, que interioriza-ADN membrana adjuntos (en el centro), la evolución de la vesícula COP-revestido en ciernes, y la fusión con la membrana plasmática después uncoating, hizo permanente endomembranes (EM: precursor de ER, NE, Golgi, lisosomas, peroxisomas (P) se separaron antes) y se rompieron la segregación del ADN bacteriano. (C). Origen hipotético de mitosis simple en un prekaryote donde FtsZ duplicaciones de genes evolucionaron los microtúbulos estables y centrómeros-γ que contiene tubulina todavía unido a la membrana de la superficie. (D). Los accidentes en la duplicación del centrosoma y la internalización de la membrana phagotrophic generaron un prekaryote más complejo II en la que endomembranes estables diferenciadas en los peroxisomas (P) y protoendomembranes (EM, es decir, los antepasados ​​de ER y Golgi, véase27 ]), algunos de ellos asociados con el centrosoma internalizado y ADN; otro centrosoma permanecieron en la superficie celular estabilizarlo; el anillo de actina controlados el sitio de la citocinesis. En última instancia, el centrosoma superficie generada microtúbulos peliculares y microtúbulos centriolares y ciliares del eucariota cenancestral, el MNC ER asociada nucleada su eje intranucleares. (E).La primera eucariota. (F). Adición de NPCs, mitocondrias, y cilio, y el cromosoma nuclear linealización y evolución cinetocoro, hicieron la eucariota cenancestral, se muestra en la G1 del ciclo celular, ingestión de bacterias fue a través de una forma de bolsillo citostoma microtúbulos apoyado especializada (CY) en el extremo apical ciliar , haciendo que el celular asimétrica.
En algún momento entre (e) y (f) los motores de dineína evolucionaron para mover la carga a lo largo de los microtúbulos a su extremo menos (es decir, hacia las CMN donde reside γ-tubulina).Quizás inicialmente para mover vesículas citoplasmáticas largo de los microtúbulos (pequeños círculos abiertos en f, movidos por kinesina en la otra dirección y por la miosina a lo largo de los filamentos de actina), dineína fue reclutado para el deslizamiento de microtúbulos ciliares y (tal vez casi al mismo tiempo) para conducir cinetocoros de los microtúbulos del huso hacia los polos, probablemente mejorando la segregación, pero los orígenes de la motilidad cinetocoro no se analiza aquí como mucho de lo que se sabe acerca de los centrómeros y cinetocoros neokaryote, basada principalmente en opisthokonts sólo109 ], no puede aplicarse a Euglenozoa o eucariota cenancestral. Lógicamente tenía que seguir la evolución antes de la separación del centrosoma kinesina impulsada. Euglenoids, a diferencia de otros Euglenozoa, no presentan acortamiento significativo de la anafase las fibras del huso, la segregación cinetocoro siendo en gran parte por la separación del centrosoma y sin un movimiento cromosoma prometafase para formar una disposición ecuatorial metafase110 ]; existe la posibilidad de que ambos eran también cierto para la mitosis eucariota ancestral. Adición de NPCs, mitocondrias, y cilio (cuyo basal centríolo [= basal del cuerpo] diferenciado tras nuevos duplicación del centrosoma citoplasmática y de tubulins adicionales), y el cromosoma nuclear linealización y evolución cinetocoro, hicieron la eucariota cenancestral, se muestra en la figura.3f en G1 del ciclo celular; un husillo intranucleares transitoria desarrollará después de los duplicados centrosoma intranucleares. Los microtúbulos peliculares impidieron la fagocitosis en la mayor parte de la superficie de la célula, por lo que la ingestión bacteriana fue a través de una forma de bolsillo citostoma microtúbulos-apoyado especializada (CY) en el extremo apical ciliar, que hizo que el celular asimétrica. La mitocondria probablemente se adjuntó al centríolo como en kinetoplastid Euglenozoa (enlazador de color naranja en la figura.3f ), el peroxisoma al núcleo, el aparato de Golgi a un cuerpo que contiene centrin-que se coloca cerca del núcleo y centríolos, y el centriolo a la membrana celular por las fibras de transición y para muchas de las estructuras internas a través de dos bandas de microtúbulos de la raíz (un segundo centríolo y cilio con otra raíz de microtúbulos no se muestra en la figura.3f sino que también han estado presentes en el cenancestor menos que la raíz eucariota es entreScytomonas y otros euglenoids [ver 9 para la discusión de la última posibilidad]).
Vesículas recubiertas fueron cruciales: origen de vesículas COPII recubierto en ciernes de los endomembranes primitivas generadas físicamente de la membrana de la superficie por fagocitosis ayudó a hacer endomembranes permanente 3 ]. Mediante la fusión con la superficie celular después uncoating las vesículas recubiertas primero le permitió crecer a pesar de excluir de forma selectiva los receptores de ribosomas y proteínas DNA-de sujeción, lo que provocó que los ribosomas secretoras y ADN permanezcan en los endomembranes, creando así proto áspero ER / NE3 ]. No voy a enumerar todas las proteínas de la cubierta de la vesícula, SNARE factores focalización / fusión y pequeñas GTPasas que también debe haber surgido en este momento por la duplicación de genes de ancestros bacterianos para generar nueva superfamilia de proteínas después de la superfamilia de los específicamente eucariotas. Jékely111 ] revisado críticamente las ideas sobre los orígenes endomembrane y concluyó que la explicación autógena es probablemente correcta y modelos simbióticos son altamente inverosímil y de poco o ningún valor explicativo. Me limitaré a subrayar que esta fue la mayor explosión de la duplicación de genes en la historia de la vida, que afecta a casi todas las características de la célula excepto el metabolismo y la bioenergética básica (Fig.3 ), y ahora aclarar el carácter general de esta innovación y sus causas.

Cambios funcionales, evolución cuántica, y los orígenes de la novedad molecular

Moléculas como FtsZ, MreB y los antepasados ​​de la ATPasa y GTPasa de motores eucariotas se originaron en las primeras bacterias hace unos 3,5 millones de años. Desde que han sido divergentes gradualmente y cambiando en formas pequeñas que no afectan radicalmente su función, que es esencialmente la misma en las bacterias existentes como en sus 3,5 mil millones años de edad antepasados. Del mismo modo su muy distintas tubulins descendientes, la actina y la miosina, dineína y motores de quinesina han ido evolucionando lentamente y mutuamente divergente para más de 800 millones años sin un cambio radical. Lo que ha mantenido su cambio tan lento, dentro de la bacteria y dentro de los eucariotas, que podemos hacer que los árboles de secuencias comprensibles para rastrear su divergencia de durante períodos tan largos es muy fuerte la estabilización o la purificación de selección, lo que elimina las variantes que el exceso de interrumpir sus funciones y las interacciones con los cientos de otros componentes celulares112]. Así, para la mayor parte de la historia de la tierra la selección limitar el cambio estabilización, y los cambios de dirección de menor importancia perfeccionar los detalles y la adaptación de los descendientes a ligeramente diferentes nichos, han sido la fuerza dominante. En marcado contraste, durante el origen de los eucariotas todas estas moléculas alteradas radicalmente en que uno solo linaje. Si uno fuera a extrapolar el lento ritmo de cambio se ve normalmente en este tipo de moléculas para la transición procariota-eucariota que tomaría varias veces la edad del universo para efectuar tantos cambios como en realidad sucedió en un tiempo tan corto geológicamente como para ser un mero abrir y cerrar de párpados. No hay otros linajes nunca cambian de esta forma radical, y sólo uno lo hizo. Podría haberlo hecho, sostengo, en mucho menos de 0,1 millones de años. Los cambios experimentados en este un linaje por estas proteínas eran muchos órdenes de magnitud más rápido y más extensa que los generalmente lentos cambios en las versiones bacterianas y eucariotas de estas moléculas. Tal evolución extremadamente rápida es lo que el gran paleontólogo y evolucionista Simpson llaman evolución cuántica10 , 113 ], ya que se produce de forma casi instantánea de la larga perspectiva de la escala de tiempo geológico.Señaló que durante el origen de un nuevo plan del cuerpo algunas de las características de un organismo - los que participan directamente en la mayor novedad - se someten invariablemente esa evolución cuántica extrema, mientras que otros son extremadamente conservadores y casi no cambian en absoluto10 , 113 ].
Así, la evolución de los nuevos planes corporales es característicamente mosaico 114 ], que afecta a algunos personajes clave inmensamente más que otros. Algunos experimentan la evolución cuántica, algunos son casi estática. En términos de secuencia, como la evolución del mosaico (que no debe confundirse con la evolución quimérico) significa que las moléculas que no son afectados por la innovación pueden seguir evolucionando en su normal, lento, relativamente estable (aunque no estrictamente de tipo reloj) el ritmo a lo largo de una transición importante rendimiento un nuevo plan del cuerpo, por ejemplo, muchas enzimas metabólicos de la función sin alteraciones. En el otro extremo algunas evolucionan tan rápidamente que los nuevos dominios de la proteína son inventadas, incluso borrar la evidencia de las relaciones pasadas 12 , 22 ].Proteínas Algo cambiado dramáticamente menos conservan evidencia estructural de su ascendencia, pero sus secuencias divergen tanto que uno no puede hacer que los árboles de secuencias que incluyen tanto moléculas ancestrales y descendientes, por ejemplo, los motores moleculares. Mayor innovación menudo también involucra tanto la duplicación de genes y fusiones de genes para hacer genes quiméricos más complejas con múltiples dominios. Este amplio espectro no uniforme de los modos evolutivos durante una importante transición tiene implicaciones importantes para nuestra capacidad de reconstruir los cambios y con qué métodos son los más apropiados. Por lo tanto, las moléculas que han experimentado el cambio más dramático son simultáneamente el más importante para la comprensión de su naturaleza básica, por ejemplo, los complejos de poro nuclear y la lámina proteínas estructurales para orígenes nuclear, pero también el más difícil de utilizar para árboles de secuencia y los métodos bioinformáticos secuencia basada . Por el contrario aquellas a las que tales métodos pueden ser mejor aplicados son las moléculas más conservadoras de la función sin cambios que sólo sufrió cambios triviales y son esencialmente irrelevantes para la comprensión del cambio en sí mismo, y de su utilización exclusiva como marcadores filogenéticos para rastrear el origen de un subconjunto menor de edad diferente de componentes de la célula. En el centro del espectro son moléculas conservadoras que no eran fundamentales para el cambio, y por lo tanto conservan su función ancestral e información útil suficiente para nosotros para hacer los árboles, sin embargo, no obstante, fueron lo suficientemente fuertemente afectados indirectamente por los cambios que han sufrido un importante temporal aceleración de la tasa de evolución y la evolución coadaptive durante la transición.
Entre tales moléculas intermedio de caracteres en el caso de eukaryogenesis son ARN y proteínas ribosomales y las ARN polimerasas. Su función básica se mantuvo sin cambios durante el origen de los eucariotas, pero las funciones de polimerasas de ARN se han modificado de manera significativa por las duplicaciones que generaron polimerasas separadas para ARNr, ARNm y ARNt que se sometieron a una rápida aceleración de la evolución, ya que se convirtieron especializadas para estos sutilmente diferente papeles, una vez perfeccionados así que a partir de entonces se establecieron a la evolución más lento ritmo normal, dominada por la selección purificadora3 ].Un rápido y sustancial, sino puramente temporal, chorro Tal de la evolución es la regla general para la evolución de paralogues por la duplicación de genes13 ]. El más radical de la modificación del tiempo será el tallo en la base de cada subárbol paralogue. Sin embargo, la longitud de éstos hermana tallos se relaciona casi exclusivamente con el grado de cambio funcional durante su divergencia primaria, teniendo poca o ninguna relación con el tiempo transcurrido; comúnmente para nuevos paralogues eukaryote específicos es, siempre y cuando toda la fase de diversificación lenta posterior; este último duró por lo menos 800 millones de años, sino de asumir que la adaptación contrastante de dos paralogues hermanas también tomaría 800 millones años antes de que los eucariotas podrían diversificar y dejar descendientes modernos es evolutivamente ridículo.
Genética de poblaciones de grandes poblaciones microbianas y las fuerzas selectivas modestos podrían lograrlo en mucho menos de 80.000 años, incluso 8000 años (más de 3 millones de generaciones, diez veces el número que nos separa de nuestro ancestro común con los otros simios), por lo que madre muy probable longitudes de subárboles paralogue son comúnmente inflados 10000 veces o más por la divergencia evolutiva cuántica consecuenciales a la divergencia de paralogues hermanas, en comparación con las tasas de cambio deducidas por las comparaciones entre los grupos derivados, donde la depuración de selección domina y mantiene cambiar lento. Como se ha argumentado anteriormente 12 ], una inflación tasa bruta comparables probablemente aplica a citoplasmática ARNr temporalmente durante eukaryogenesis como consecuencia de la evolución de la envoltura nuclear y nucleolo con la novela de procesamiento y transporte (pero no a ARNr mitocondrial, que eludió estas nuevas fuerzas selectivas coevolutionary por estar mantenido en su totalidad dentro de la matriz mitocondrial).Por lo tanto, la evolución cuántica extrema puede ocurrir no sólo después de la divergencia de paralogues pero en moléculas no duplicados dado un suficientemente intenso cambio de función.Con vistas a los principios fundamentalmente diferentes de evolución que se aplican a megaevolution en comparación con la divergencia macroevolutivo común ha llevado a mucha mala interpretación de rRNA y árboles paralogue. Estas malas interpretaciones tienen más afectadas interpretaciones del calendario de eventos evolutivos y el enraizamiento de los árboles, pero la evolución cuántica también puede introducir tales graves artefactos larga rama que ningún algoritmo puede reconstruir la topología correcta. Moléculas como el rRNA y ARN polimerasa no son cronómetros evolutivos, sino que evolucionan muy heterogéneamente en la velocidad a través del tiempo, las tasas pueden estimarse aproximadamente sólo considerando tanto el registro fósil y el grado en el cual la evolución cuántica pueden estar involucrados, que no puede ser modelado estadísticamente - única eventos como el origen de los eucariotas o el esqueleto de los vertebrados violan todas las suposiciones estadísticas ingenuas de la regularidad y la repetición.Es fundamentalmente erróneo suponer que todas las moléculas evolucionan de la misma manera a través del tiempo y de ignorar las irregularidades imprevisibles. Una especie relacionada de la mala interpretación se refiere a la fuente de los diferentes componentes de los eucariotas. Por ejemplo Esser et al.115 ] llegó a la conclusión de que entre las proteínas bioinformatically manejables, la mayoría en la levadura eran más similares a los de las eubacterias que a arqueobacterias. De esta verdad, concluyeron una falsedad probable - que la mayoría de los genes nucleares vinieron del ancestro-α-proteobacterial de las mitocondrias.
Hay tres razones por las que la conclusión es falsa. En primer lugar, la evidencia de que las eubacterias son ancestrales a las arqueobacterias implica que las arqueobacterias ancestrales probablemente perdieron cerca de 1.000 genes en comparación con las eubacterias6 , 13 , 22 ].Si la mayoría de los genes que se perdieron después de que se separaron del linaje prekaryote, 1.000 genes adicionales de origen de acogida hubieran estado presentes en el huésped de dejar descendientes eucariotas modernos, que podrían elevar radicalmente la proporción deducido para haber venido de la acogida, por sí mismo revertir completamente la conclusión del autor. En otras palabras, los genes de ahora en arqueobacterias subestiman el espectro mucho más amplio presente en el ancestro neomuran; genes eucariotas muchos eubacterias-como probablemente no procedían de la mitocondria (como otros, sin duda, lo hicieron), pero desde el host, sus homólogos hermanas se pierden por las arqueobacterias. En segundo lugar, las proteínas suficientemente bien conservados durante la transición procariota / eucariota para permitir este tipo de comparaciones de secuencias son una pequeña muestra, no representativa del total. La mayoría de esas proteínas del huésped que evolucionaron radicalmente novedoso, específicamente eucariota, funciones (tales como complejos de poro nucleares y proteínas de la cubierta de vesículas, y motores moleculares) fueron tan transformados por la evolución cuántica que sus secuencias son demasiado divergentes para ser reconocible por análisis BLAST. Evidencia del origen filogenético precisa de la mayoría de los genes eucariotas simplemente ha sido borrado por la evolución cuántica que hizo eucariotas. Probablemente, la gran mayoría llegó en vertical desde el host, no el simbionte-α-proteobacterial. El tercer sesgo importante a las proporciones es el reemplazo simbionte de genes de acogida funcionalmente equivalentes. Este fenómeno evolutivo bien conocido-se aplica no sólo al origen symbiogenetic primaria de las mitocondrias y cloroplastos, pero a simbiogénesis secundaria, por ejemplo, la adquisición de genes de la biosíntesis de ácidos grasos planta a partir de la cianobacteria esclavizado 83 , 116 ] y más tarde de la alga roja esclavizados por el chromalveolate ancestral117 ]. Simbiogénesis introduce miles de genes simbiontes en el núcleo de acogida. Si las proteínas codificadas eran exactamente equivalente a proteínas del huésped, hay una buena probabilidad de que algunos se reemplace proteínas del huésped, ya que entre dos proteínas igualmente bien expresadas y bien controlados no importa que se pierde por eliminación funcionalmente ventajoso de duplicados derrochadores[60 ]. Si el simbionte es una bacteria, al igual que el protomitochondrion, se eliminarán las versiones de acogida de muchos de los genes metabólicos relativamente inalterados que comparten. Pero nuevos genes eucariotas de acogida que han llegado a ser tan diferentes de sus progenitores bacterianas que el protomitochondrion no tenía parientes cercanos es menos probable que se pierda. Por lo tanto, la sustitución de genes de acogida por los genes simbiontes está sesgada hacia un pequeño subconjunto de los genes - genes metabólicos relativamente conservadas y bioinformatically manejables y en contra de esos mismos genes que jugaron el papel más importante en el origen de los eucariotas y cuya ascendencia no se puede rastrear desde su secuencia.
El valor de la simbiogénesis fue que se creó una novela orgánulo con el cambio estructural mínima a la bacteria esclavizado y no hay cambio genético fundamental simplemente añadiendo una novedad: los portadores de la membrana interna y la maquinaria de proteína-importación asociado 20 , 22 ], la eliminación de miles de genes simbiontes y reorientación de algunos eran consecuencias inevitables de esta innovación clave. Simbiogénesis probablemente contribuyó muy poco, o nada, para los primeros pasos claves en eukaryogenesis, el origen concertada del citoesqueleto, endomembranes, y la mitosis. Dos importantes efectos sobre el anfitrión fueron el origen de los intrones spliceosomal intrones del grupo II auto empalme-α-proteobacterial, y la pérdida de su propia membrana plasmática / Endomembrane ATP de generación, las enzimas de fosforilación oxidativa - suponiendo que el ejército, como el simbionte era un aerobios facultativos capaces de vivir tanto en entorno totalmente aeróbico y anaeróbico temporalmente22 ].

Resultados: El origen de la mitosis y el núcleo

Megaevolutionary principios se aplican a la célula y la evolución molecular

Desde la perspectiva clásica megaevolutionary de Simpson 10 , 113 ], la comprensión del origen de los eucariotas (eukaryogenesis) es mucho menos difícil de lo que a menudo se supone, a pesar de ser la agitación molecular, celular y genética más dramático en la historia de la vida. El requisito fundamental para una explicación convincente es especificar correctamente el cambio adaptativo que causó la innovación en la estructura corporal y la naturaleza del organismo ancestral que hace que la innovación - en este caso, la depredación por phagotrophy. A partir de entonces es relativamente sencillo para reconstruir una secuencia biológicamente sensible y mecánicamente plausible de cambios sucesivos probables.
La mayoría megaevolution ocurre sin simbiogénesis, sólo cinco eventos megaevolutionary en la historia de la vida involucrada simbiogénesis. En el origen de los reinos Plantae y Chromista (ahora = cromalveolados9 ]), de chlorarachnean Cercozoa y Euglenia, la esclavización symbiogenetic interna de una célula fotosintética fue el evento determinante central; en todos los casos la fagocitosis envuelto a la esclava, lo que demuestra que phagotrophy preadapts una celda para la esclavitud symbiogenetic de otras células. Simbiogénesis era esencial, pero phagotrophy fue la preadaptación esencial. En el quinto caso, el origen de los eucariotas, phagotrophy era causalmente primaria y esclavización mitocondrial puramente secundaria. La novedad fundamental en la estructura corporal y la forma de vida de los eucariotas involucrado el origen único de phagotrophy, citoesqueleto interno y endomembranes. Es muy probable que el host que adquirió una mitocondria ya era un aerobio facultativo con la fosforilación oxidativa3 ]. Adición de mitocondrias fue un importante refinamiento adicional para aumentar la eficiencia energética, pero probablemente no ha cambiado fundamentalmente la manera de la célula de plan de vida o el cuerpo y no conlleve radicalmente nuevas fuerzas selectivas en él como lo hizo la evolución de la captura de la presa de fagocitosis y digestión interna. La fosforilación oxidativa había sido de alrededor de ~ 2000 millones años antes de que los eucariotas evolucionaron12 ]; phagotrophy sólo surgió con ellos. Margulis32 , 33 ] afirmó que la esclavitud mitocondrial precedido y activar phagotrophy. Pero ni ella ni adherentes recientes con esta visión sin fundamento (por ejemplo,2636 ]) explicó nunca convincentemente cómo un cambio tan inverosímil de la lógica anterior podría haber trabajado de forma selectiva o de manera mecánica para producir el citoesqueleto y endomembrane sistema.
Simpson hizo hincapié en que la magnitud de los pasos megaevolutionary asegurar que se producen sólo si el linaje ancestral fue en muchos sentidos preadaptados para la transición, tanto por su estructura y fisiología y su accesibilidad a la zona ecológica de adaptación vacío que sólo ella tiene un potencial real para invadir . La evolución no se produce en el espacio abstracto de la secuencia, pero en el mundo real de los organismos con los planes específicos del cuerpo y contextos ecológicos. Preadaptación no implica la previsión de la evolución o de la planificación, sino que es simplemente un accidente histórico - no es un accidente mortal o accidente no causado, pero que culmina una secuencia única de los acontecimientos históricos que dieron un linaje propiedades singularmente adecuados para ser un vehículo viable para las mutaciones de efectos radicales eso habría extinguido linajes menos armarios de fondo diferente. Pescado con los pulmones y aletas lobuladas pasó a ser preadaptados para la vida de la tierra y los tetrápodos se conviertan en una forma que los peces con aletas espinosas y sin pulmones, o equinodermos, peor aún o medusas, que nunca llegó a la tierra, no lo eran. Preadaptación filogenético de un linaje único es una parte necesaria de la explicación de cada evento megaevolutionary.Preadaptación excepcional y discontinuidad, invariablemente, se aplican a la innovación plan corporal. Por lo tanto, el origen de los eucariotas era necesariamente un evento intrínsecamente anormal, no uno comprensible simplemente extrapolando la retoques trivial de que ocupa la mayor parte de la evolución. Para entenderlo debemos invocar algo bastante excepcional. De hecho cuatro cosas, ninguno milagroso pero todo único e innovador: una es preadaptación de un linaje de phagotrophy, en segundo lugar las nuevas fuerzas selectivas que phagotrophy trae, en tercer lugar los efectos perturbadores que phagotrophy tuvo en la división celular y la maquinaria de segregación de ADN mediante la internalización de la DNA-membrana sitios de unión4 , 11 ].No sólo esta interrupción exigir la adopción de nuevos sistemas (división celular por actomiosina y la segregación del ADN por microtúbulos / kinesina), sino también porque estos eran inevitablemente inicialmente ineficaz causó directamente la poliploidía repetida (la duplicación de todo el genoma en la jerga moderna) en el intermedio de transición . Esto haría que las células grandes, como en la bacteria gigante Epulopiscium118 ], probablemente ventajoso para la ingestión de los demás como alimentos. Cada gen probablemente duplicado tantas veces en tan sólo unos días. El intermedio fue casi con certeza multigenomic y, en consecuencia, también más grande que sus antepasados ​​y más capaz de engullir otras células y también sobrevivir algunas mutaciones nocivas de otro modo. Curiosamente, gran complejo de cianobacterias filamentosas y multigenomic actinomicetos pueden segregar su ADN al azar, y por lo tanto seguir siendo viable sin MreB, a diferencia de la mayoría de las bacterias58 , 119 ]. Procariotas grandes, diversificados y metabólicamente multigenomic avanzadas, no los diminutos degenerados inverosímilmente postulados por Margulis32 , 33 , 120 ], como nuestros antepasados, el mejor que podría haber hecho la transición a los eucariotas.

Novedades y preadaptaciones clave para eukaryogenesis

Había tres características preadaptativa clave del ancestro de los eucariontes. En primer lugar, tenía una membrana de límite (como Posibacteria y sola Archaebacteria entre procariotas), no dos, como en todos los demás ocho filos eubacterial, lo que habría impedido la evolución de la fagocitosis y la incipiente endomembrane. Así de eubacterias, sólo Posibacteria se preadaptado para convertirse en el ancestro de cualquiera de los eucariotas o arqueobacterias. Esta primera preadaptación fue el origen de Posibacteria por la pérdida de la membrana externa negibacterial, probablemente por lo menos 700 millones de años antes del origen de los eucariotas, por lo tanto no es un evento de activación121 ]. En segundo lugar, los tres pared murein dimensionalmente unido covalentemente de la mayoría de las eubacterias hace que tanto el origen de phagotrophy y el sexo (la fusión celular y la reducción de ploidía por meiosis) imposible. El preadaptación esencial fue la sustitución de la pared celular de mureína por glicoproteínas ligadas a N de superficie individualmente potencialmente móvil. Esta revolución fue neomuran argumenté el evento desencadenante para el origen de los eucariotas 4 ] e igualmente de sus hermanas archaebacterial; cada evolucionado de manera divergente, uno por reducción del genoma y la compactación de células y el otro por la multiplicación de genes y la expansión celular. La tercera preadaptación para eukaryogenesis fue una combinación de factores celulares ideales: tamaño de la celda grande para permitir envolvente de otras bacterias, gran tamaño del genoma con muchos posibles ancestros de genes, un conjunto diverso de lípidos para favorecer la diferenciación endomembrane, un gran secretoma incluyendo muchas enzimas digestivas como precursores para la digestión interna (alrededor de un tercio de las proteínas eucariotas son secretora), y un metabolismo aeróbico / anaeróbico facultativo para permitirles la mayoría simplemente se conviertan en anfitriones de un aeróbico facultativo / anaeróbico, probablemente fotosintética, α-proteobacteria3 , 4 ].
De los dos subphyla posibacterial, endobacteria y Actinobacteria, no endobacteria fueron así preadaptados, pero muchos actinobacteria eran. Actinobacteria tienen la mayor secretoma de cualquier bacteria - más de 800 proteínas secretoras, sobre todo las enzimas digestivas, grandes genomas y células, los ciclos de vida complejos con controles de fosforilación de proteínas, las esporas de descanso diferenciadas, fosfatidilinositol, proteasomas del tipo neomuran para la digestión de proteínas intracelulares, y H1- como histonas, y enzimas afines a las que hacen esfingolípidos eucariotas, y muchos más citocromo P450 (precursores del sistema de oxidación ER) que otras bacterias. La regulación de la polimerización de actina por fosfatidilinositol 4,5-bifosfato activado por una pequeña GTPasa107 ] sólo puede haber evolucionado de un ancestro actinobacterium derivados, ya que no hay otros procariotas tienen alguna fosfatidilinositol13 ], y los fosfolípidos de inositol de myxobacterias son químicamente diferentes (dialquiléteres no ésteres de acilo; ver13 ]); citando como evidencia para un mixobacterias en lugar de una estirpe actinobacterial 122 ] es un argumento falso. Las duplicaciones de la misma familia de genes GTPasa proporcionado Ran GTPasa para el montaje NE y el transporte y para la diferenciación GTPasas endomembrane nucleocytoplasmic durante la multiplicación de las membranas genéticos nuevos85 , 107 ]. Entre actinobacteria, actinomicetos son de especial importancia para eukaryogenesis (y el origen de las arqueobacterias), ya que no sólo tienen pequeñas GTPasas-como eucariotas, que son cruciales para la diferenciación endomembrane y orígenes nucleares, y un tipo neomuran proteasoma, sino también las vías de biosíntesis de policétidos como hongos , protozoos, cromalveolados y plantas; micobacterias pueden también hacer el colesterol.Contrariamente a Margulis32 ], quien sugirió que la esclavitud mitocondrial por un huésped micoplasma presentó la síntesis de esteroles en prekaryotes permitiendo así phagotrophy, α-proteobacterias no hacen esteroles y micoplasmas son demasiado pequeños para haber sido el anfitrión, sino que evolucionaron como parásitos intracelulares dentro eucariota células después de la fagocitosis ya habían evolucionado, lo que permite un ancestro posibacterial perder su pared murein en un entorno osmóticamente protectora y para las células de micoplasma y genomas para ser miniaturizados. Los micoplasmas perdieron sus paredes posibacterial independientemente del antepasado neomuran. La reducción genómica del arqueobacteria ancestral, pequeño tamaño asociado, la falta de una amplia secretoma o precursores de los lípidos adecuados, más el estilo de vida anaerobia, una especialización hyperthermophilic probable ausencia de fosfatidilinositol u otros fosfolípidos y esteroles, todos cometemos arqueobacterias todo inverosímil como antepasados ​​del huésped eucariota , al estar desprovisto de la mayoría de preadaptaciones que han estado presentes en el ancestro neomuran. Aunque en la biología de los lípidos micobacterias parecen preadaptados para la evolución de los eucariotas, que son tan especializados que el antepasado real de Neomura era más probable un pariente temprano divergentes menos especializada con capacidades metabólicas similares.
Jékely 107 ] sugiere que eukaryogenesis se inició no por fagocitosis, sino por la evolución de la secreción por exocitosis, con la fagocitosis derivada más adelante, simplemente porque este apareció más compatible con su pequeño árbol secuencia de GTPasa. Mientras yo sostuve una vez brevemente ese punto de vista70 , 123 ], tiene el poder inmensamente menos explicativo que phagotrophy como iniciador3 , 4 , 6 ]. Por otra parte, el árbol GTPasa que alimentó su propuesta (ver fig.4a ) fue engañosa a través ocultar longitudes de rama y mal interpretado. Es evidente a partir de las demás tareas que la rama Arf es el más largo entre los paralogues eucariotas y que el árbol GTPasa pequeña es esencialmente sin resolver en su base124 ], por lo que el enraizamiento del árbol con el grupo afuera por mucho más tiempo eubacterial podría tener erróneamente atrajo a la base. Es como imprudente como para otros árboles paralogue asumir que el enraizamiento es exacta. Incluso si la posición de la raíz es correcto, no era correcto inferir que la rama que contiene Arf surgió antes de la rama que contiene Rab-. En tal divergencia basal no se puede decir que una rama hermana es anterior a la otra. El peor argumento, sin embargo, fue que la rama ARF-1 está implicado en la secreción y el Rab en la fagocitosis, y para combinar estos dos malos argumentos a la conclusión de que la exocitosis evolucionado antes de la fagocitosis107 ]. De hecho, existe una amplia evidencia de que paralogues Rab participan ampliamente en la secreción a principios, mediados y finales de etapas125 , 126 ], y por el contrario que Arf1 participa en la fagocitosis127 ]. Por lo tanto Arf y los parálogos Rab son a la vez necesarias para la secreción y la exocitosis e igualmente para la endocitosis y fagocitosis, decisivamente invalidar cualquier intento de deducir la temporización relativa del origen de estos procesos complementarios de árboles paralogue GTPasa. Desde su trabajo pequeñas GTPasas procariotas adicionales clases paralogue se han descubierto, que complican la historia y alteran el patrón de ramificación del árbol128 ]. En mi opinión, estos autores también son demasiado confiados de su (algo diferente) árbol y mal interpretar como evidencia de los orígenes separados de Arf / Sar y Rab / Ras / Rho de diferentes bacterias, más probable, tanto estas clases principales de GTPasas eucariotas tienen un ancestro común en el paralogue Gérard encuentra sólo en arqueobacterias y actinobacteria 87 ]. En lugar de hacer deducciones dudosas de árboles de secuencia posiblemente distorsionadas, es preferible utilizar evolutiva general y los principios biológicos de células y el conocimiento pertinente que sea posible deducir la secuencia más probable global de acontecimientos. La figura.4b , por tanto, propone un escenario plausible y simple para la diferenciación endomembrane antes del origen del núcleo; casi seguro endocitosis y exocitosis coevolucionaron, la contratación de un fondo común de las enzimas en el montaje de su kit de herramientas.
uña del pulgarFigura 4. diferenciación evolutiva de endomembranes . (A). Árbol Esquema para el control de pequeñas GTPasas124 , 128 ]. Sar-1 y Arf-1 tienen una, la inserción derivada extra, por lo que la raíz no puede estar en esa rama. Debido a las tasas dispares de evolución entre parálogos y la falta de las moléculas no está claro de si los árboles siete clados eucariotas (inferiores) están relacionadas entre sí, como se muestra y cuál de los cuatro clados bacterianas (superior) son sus parientes más cercanos. (B). Después endomembranes, membrana peroxisomas, y el plasma se convirtió en membranas genéticos distintos (Fig. 3b) ribosomas más secretoras estaban en edad cisternas ADN-cojinete; las primeras capas de la CdP / Adaptin generados vesículas (V) de la protoendomembrane / fagosoma; primeros SNAREs (SN, izquierda) que fusiona con la membrana plasmática. Diferenciación Endomembrane mejoró la digestión por enzimas digestivas dirigido específicamente a los fagosomas, mediada por duplicaciones sucesivas concertadas y divergencia de proteínas de la cubierta, trampas afines capaces de unirse a ellos, y las pequeñas GTPasas asociados. Especialización primaria entre la digestión y síntesis involucrados vesículas de clatrina (CL) asociados con trampas de membrana plasmática (SNP) y vesículas COPII asociados con SNAREs endomembrane (SNE). La interpolación de Golgi, por fusión mutua de vesículas COPII sin revestir, estabilizadas por el reciclaje mediada por COPI (a la derecha), permitió la especialización entre lisosomas y crecimiento de la superficie. Para una discusión más completa de los orígenes endomembrane ver91 ].
Diferenciación Endomembrane requiere no sólo la duplicación de proteínas de la cubierta de la vesícula y GTPasas controlan en ciernes, sino también de trampas que controlan la orientación de cada tipo de vesícula sin recubrimiento 85 ] (y GTPasas que controlan la fusión)107 ]. Incluso el primer paso, la separación de ER rugoso (RER) de la membrana de plasma probablemente necesario SNAREs inicialmente. 20 SNAREs diferentes surgieron antes de la cenancestor eucariota129 ]. La identidad genética de RER fue asegurado por la inserción de la proteína de acoplamiento SRP-reconocimiento (pentágonos fig.3a, b ) en el que participa pequeña GTPasa SRβ107 ]. Era más eficiente para digestivos vesículas COPII enzimas cargaban en ciernes de proto-ER para fusionarse con no fagosomas la superficie celular. Así nació la divergencia fundamental entre ER hacia el exterior el tráfico secretor y membrana plasmática hacia el interior el tráfico endocítica visto en GTPasa107 ] y SNARE130 ] árboles. Así que no debemos preguntar "qué fagocitosis o exocitosis evolucionan primero? ' Ambos evolucionaron juntos, con phagotrophy ser la totalmente nueva ventaja selectiva, como De Duve 131 ] y Stanier2 ] primero argumentado. Remito al lector a27 ] para una discusión más detallada del origen del sistema de endomembrana, que tenía que preceder el origen del núcleo.

Los orígenes de solapamiento de la mitosis, centríolos y el núcleo

Como la fig. 3 indicaron, una forma simple de la mitosis probablemente se originó antes de que el núcleo (Fig. 3c ), pero la versión moderna es más complejo y su elaboración debe haber superpuesto y coevolucionado con el origen del núcleo. Un núcleo no podía evolucionar sin un medio relativamente eficientes de segregación de ADN, por lo que es engañosa a tener en cuenta el origen del núcleo en su propia, como muchos lo hacen. Voy a argumentar que los NPCs y nucleocytoplasmic transporte y la cromatina-unión de NPCs y la membrana envolvente interior - las principales características del núcleo de la célula - desarrollado por la integración estructural y funcional de nuevos duplicados de las proteínas clave pre-existentes cuyas funciones básicas evolucionado originalmente por separado para endomembrane y funciones mitóticas asociadas a la cromatina. Antes de explicar esta integración debo delinear los orígenes de endomembranes y de la mitosis, los requisitos esenciales para el origen de la envoltura nuclear, NPCs y compartimentación nucleocytoplasmic.
Como se explica en la primera discusión detallada de la lógica de la transición de las bacterias a la segregación de ADN eucariota 70 ], esto implica tres cambios importantes. En primer lugar un cambio en la sincronización de la replicación del ADN en relación con la separación mecánica; ambos procesos se extienden por casi todo el ciclo celular en las bacterias y los orígenes de replicación se separan (como entonces postula, pero ahora conocida132 , 133 ]) y antes de la replicación se ha completado, mientras que en los eucariotas se complete la replicación antes de que comience la separación de cromátidas hermanas. En segundo lugar fue el origen del ciclo de condensación de los cromosomas eucariotas en el que el ADN está relativamente dispersa para la replicación y la transcripción pero típicamente más estrechamente condensadas durante la mitosis.En tercer lugar, era un cambio topográfico de los cromosomas están unidos a y geométricamente ordenados en la membrana de la superficie celular bacteriana y la pared a los cromosomas estando unido a la envoltura nuclear en la interfase durante la replicación pero unidos en lugar de los microtúbulos del huso mitótico durante la división celular. Microtúbulos del huso se componen de α-y β-tubulina y están nucleados por γ-tubulina en el centro del centrosoma, cuando estos y los demás tubulins universales desarrolladas por las repetidas duplicaciones de genes de una GTPasa bacteriana se sometieron a un cambio tan radical en tan poco tiempo que ahora tienen sólo una ligera secuencia similitudes con sus parientes bacteriana FtsZ134 ] y Tubz135 ]. Por lo general, se ha asumido que la tubulina evolucionó de FtsZ136 ], cuyos filamentos individuales formar el núcleo del anillo Z que marca el sitio de división en la mayoría de las bacterias y los cloroplastos y las mitocondrias más primitivas. Sin embargo, el recientemente descubierto GTPasa Tubz, una proteína de doble filamento que es importante para la segregación de ADN en ciertos plásmidos de la posibacterium de Bacillus , es un mejor análogo de la tubulina, ya que parece tener treadmilling similar y propiedades de nivelación y en realidad podría estar involucrado en el impulso a las moléculas de ADN de la hermana 135 , 137 ], a diferencia de FtsZ que es más de un marcador morfogenética para guiar la maquinaria escisión de la membrana en su lugar. El hecho de que Tubz coexiste en células con FtsZ significa que sus propiedades de segregación de ADN pueden evolucionar sin que al mismo tiempo abandonar la función de marcador de FtsZ. Sugiero que tubulins evolucionaron a partir de ya sea un pariente temprano del mismo Tubz (muy probable, ya que se desempeñó como la tubulina en el linaje posibacterial) o un paralogue evolucionado independientemente de FtsZ que funcionaba de manera similar en la segregación de ADN plásmido. Tubz evoluciona mucho más rápido que cualquiera de tubulina o FtsZ, presumiblemente debido a que interactúa con un menor número de otras proteínas, y es extremadamente divergentes en secuencia a partir de ambos. En los orígenes de la α-, numerosas nuevas características-γ-tubulina-β-tubulina evolucionado para permitir la α-y β-tubulina para formar dímeros y sus protofilamentos para formar microtúbulos y γ-tubulina para nuclear ellos, hasta el punto de que los árboles de secuencia no pueden ser espera establecer que la tubulina bacteriana paralogue evolucionó de134 ]. Sin embargo, un origen a partir de un Tubz posibacterial treadmilling involucrados en la separación del ADN plásmido ofrecería la transición más fácil para el origen de los microtúbulos y el huso mitótico, con el menor trauma para el phagotroph evolución.
Por el contrario hubo un cambio mucho menos radical en la organización de un cuarto componente clave del sistema de segregación del ADN, cuyo papel e importancia universal a la segregación de ADN era desconocido hasta hace 20 años: las proteínas y kleisins SMC 138 ]. SMC (acrónimo de
    s
ESTRUCTURALES
    m
antenimiento de
    c
hromosomes) proteínas tienen homólogos en todos los organismos y son esenciales para la segregación de ADN exacta. CML son proteínas gigantes con un dominio globular en cada extremo y una barra larga enrollado helicoidalmente en el medio. Ellos existen como dímeros en la que las varillas son antiparalelas y retorcidos uno alrededor del otro como enrollado de las bobinas, y articuladas en el medio que les permite formar una forma de V en la que el extremo de cada brazo contiene un C-terminal y un dominio globular N-terminal . Esta estrecha asociación de los dominios de contraste permite que el extremo de la cabeza globular de cada brazo de obligar ATP y funcionan como una ATPasa. Cada cabeza interactúa con proteínas kleisin; cuando estos están obligados a ambos, los enteros formas complejas un anillo conocido como un cohesina o Condensina (dependiendo de su función y que las SMC y kleisins que contiene). Anillos Cohesin encierran moléculas de ADN de la hermana y evitar su separación hasta que la célula está lista para dividirse, ya que se cargan en la molécula de ADN de los padres antes de que se complete la replicación (en eucariotas antes de que comience). Cuando la célula está listo para dividir proteasas digieren la kleisin (en la anafase en eucariotas), convertir el anillo en una V abierta, permitiendo de este modo la separación mecánica de las moléculas de ADN (cromátidas hermanas)139 , 140 ].
Cohesins eucariotas se cargan en el ADN en la transición de fase G1-S. La segregación del ADN bacteriano sigue en líneas generales los principios esbozados hace mucho tiempo141 ], pero ahora sabemos que la maquinaria molecular132 , 133 ]. Condensinas SMC bacterianas se cargan sobre los orígenes de replicación de la proteína ParB partición de ADN y por lo tanto median cromosoma compactación de los cromosomas hijos132 , 133 , 142 ], que es esencial para la segregación de ADN preciso como los orígenes se mueven hacia los polos opuestos de una ATPasa (Soj), es decir, de forma activa como se postula141 ]. Por lo tanto la ADN girasa en eubacterias y las histonas en eucariotas no son suficientes para el cromosoma compactación como se había supuesto originalmente70 ]. Los condensinas en forma de anillo que contienen ADN bucles juntos para permitir el plegado correcto de cromosomas142 ] claramente evolucionado en el último ancestro común de toda la vida, como SMC se conoce de más phyla bacteriana143 ] y los he encontrado por BLAST en el Chlorobacteria divergencia temprana (su mayor divergencia de secuencias dentro de este filo en comparación con la mayoría de los demás es coherente con él que es el más antiguo6 , 13 ]). Además SMC también había sido objeto de dos duplicaciones de genes en el último ancestro común de generar dos proteínas de reparación del ADN: rec9 y SBCC.RecN es una proteína implicada en la reparación eubacterial roturas de cadena doble en el ADN; Neomura tienen un homólogo (también para romper la reparación) llamada Rad50 que probablemente evolucionó a partir de ella. SBCC ayuda en otras formas de reparación del ADN y parece que se ha perdido por el neomuran ancestral. Un pequeño subconjunto de γ-Proteobacteria de la familia Enterobacteriaceae (incluyendo Escherichia, Salmonella y Shigella ) sustituye SMC por una proteína más grande, pero relacionado, MukB que interactúa con diferentes kleisins, y grupos en los árboles con sbcc y debe haber evolucionado ya sea de la misma o desde SMC por los cambios radicales. Posiblemente se produjeron estos cambios drásticos únicas en estas proteínas SMC-como enterobacterias cuando su antecesor (el único de los procariotas?) Desarrolló la capacidad de iniciar varias rondas sucesivas de repeticiones de cromosomas, produciendo cromosomas de ramificación que permiten que el ciclo celular se vuelva aún más corto que el tenedor de replicación tiempo de viaje141 ].
SMC proteínas son tan largas (más de 100 aminoácidos) y bien conservada que hacen mejores secuencia de árboles 143 ] que la mayoría de las proteínas comúnmente usadas para la filogenia procariota (por ejemplo,45 ]), el árbol SMC muestra arqueobacterias, Neomura y 'Neomura más Posibacteria' todos como monofilético y lugares Neomura entre actinobacteria y endobacteria como en la figura. 1 (aunque como hermanas de endobacteria no Actinobacteria). CML Prokaryote son todos homodímeros, mientras que en eucariotas son siempre heterodímeros. Durante el origen de los eucariotas dos duplicaciones de genes generan cuatro paralogues143 ]: Smc1 y 3, que forman cohesina mediante la unión del kleisin SSC1, y SMC2 y 4, que forman Condensina que mediante la unión del kleisin PAC-H (o PAC-H2 en Condensina II, que se desarrolló más tarde en un animal temprano sólo) . Como Smc1 y 2 grupo juntos en árboles, al igual que Smc3 y 4, es probable que se derivan eucariotas inicialmente se desarrolló un heterodímero de propósito general ancestral que contiene uno de cada uno de estos pares, pero que más duplicaciones diferenciarse en cohesina (cargado en la cromatina en interfase ) y Condensina (cargada durante la profase de la mitosis). Esta diferenciación debe haber ido de la mano con los nuevos controles temporales a través de las ciclinas y fosforilación. La primera SMC heterodimérica era probablemente un Condensina como en bacterias; la función más reciente de cohesina dependía de la coevolución de la novela de la anafase proteolisis de la Scc1 (ver más abajo). Aunque Euglenozoa tiene Condensina I, y cohesin, SSC1 y la enzima que separase la corta son esenciales para la segregación cromosómica144 ], que carecen de otro heterodímero de SMC (SMC5 / 6), que puede actuar como un cohesina para ADNr segregación144 ], así como tener funciones en la reparación del ADN o la recombinación, lo que sugiere que se desarrolló algo más tarde (en el neokaryote ancestral, estando presente en la Naegleria y Giardia genomas).
La condensación de cromosomas, la separación y todos los demás aspectos de la mitosis y el ciclo celular están regulados por cuatro familias relacionadas de eucariota serina / treonina (S / T): las proteínas quinasas CDK, Nek, aurora y polo-like. Todos están presentes en los eucariotas más divergentes (Euglenozoa) por lo que todo se originó por la duplicación de genes en el eucariota ancestral. Sus antepasados ​​más cercanos familiares y supuestos de estas y muchas otras familias eucarióticas de S / T quinasas es la familia de quinasas PKN2 eubacterial que son ampliamente y sobre todo presente en Posibacteria (tanto subphyla) y cianobacterias, pero nunca en las arqueobacterias145 ]. Es casi seguro que fueron heredados verticalmente desde Posibacteria al neomuran ancestral e inmensamente multiplicados por eucariotas pero perdieron por el arqueobacteria ancestral. La idea que se originó de la nada en el primer eucariota y fueron repetidamente transferidos lateralmente en eubacterias145 ] Es extraño, inverosímil, y no con el apoyo de los árboles (presumiblemente propuestas porque los autores aceptan el dogma erróneo de que las eubacterias no son ancestrales a Neomura). En dos grupos de actinobacteria los S / T quinasas regulan el crecimiento y la división celular que incluye la segregación de ADN146 ].Sugiero que esto también es cierto de la actinobacterium madre de la que probablemente Neomura evolucionó, por lo que incluso hubo cierta continuidad de la regulación del ciclo celular entre estas posibacteria y eucariotas. Estas quinasas posibacterial tienen un sitio de unión para el peptidoglicano147 ], que se habría perdido cuando el neomuran ancestral reemplazado murein por glicoproteínas que permitan su contratación para las funciones nuevas del ciclo celular cuando la maquinaria segregación en el eucariota ancestral se interioriza como consecuencia de la fagocitosis (véase más adelante la sección siguiente).
Aunque archaebacterial S / T quinasas están más extendidos 147 ] lo que se pensaba145 ], la aparente ausencia de la regulación del ciclo celular PKN subfamilia S / T quinasas es otra razón por la cual las arqueobacterias, a diferencia Posibacteria, no pueden ser ancestrales a los eucariotas. Es importante destacar que, además de los cromosomas mitosis segrega otros orgánulos. La duplicación de Golgi y la duplicación centríolo también están regulados por algunas de estas quinasas del ciclo celular, de modo que todos los mecanismos de segregación deben haber coevolucionado. Quinasas Polo-como son esenciales para centríolo y la duplicación de Golgi (esta última mediante la fosforilación de Golgi-nucleación blobs centrin148 ]) y la separasa es importante para centríolos, así como la separación de cromosomas en Euglenozoa 149 ], por lo que estas funciones evolucionaron en el eucariota temprana al mismo tiempo que el núcleo.Aurora y familias-polo como son, probablemente, las hermanas, por el paralogue arraigada aurora quinasa árbol Euglenozoa polo-like son los eucariotas más divergentes150 ], como lo son para cada uno de los cuatro subárboles SMC144 ] y en la figura.1 , dando más apoyo a la conclusión de que Euglenozoa son los primeros eucariotas divergentes9 ]. En tripanosomas aurora quinasa tiene funciones básicas del ciclo celular más diversa y de polo-like151 , 152 ] lo que sugiere que podría haber sido la mitosis relacionados originales quinasa, la participación de polo-quinasa en la duplicación centríolo, la segregación del ADN mitocondrial y la citocinesis 153 ] sugiere una temprana división del trabajo entre los dos quinasas con respecto a la segregación cromosómica (aurora) y la segregación orgánulo citoplasmático (polo-like). Localización geométrica adecuada de la maquinaria de la segregación, ejemplificada por la de-polo quinasa como a lo largo del plano de división presuntiva154 ] habría sido importante en la evolución temprana de la división celular eucariota y se habría facilitado por el carácter complejo y semi-rígida de la corteza celular con el apoyo de una amplia gama de los microtúbulos corticales, el enraizamiento de los árboles entre Euglenozoa y Percolozoa (ambos de los cuales tenía ancestralmente microtúbulos rígida película apoyada) más un citostoma distinta para la ingestión9 ] confirma que la importancia de la rigidez de la superficie celular para la evolución de la segregación orgánulo que he subrayado desde hace tiempo; contrario a primeras ideas que se remontan a la Haeckel eucariota cenancestral no era una ameba sin forma pero un flagelado phagotrophic con corteza celular rígida e ingestión localizada aparato para la fagocitosis. Esa es la única manera de reconciliar las demandas conflictivas de la rigidez de superficie para el control geométrico de la segregación y la superficie de la fluidez de la ingestión durante el procariotas a eucariotas transición. El organismo de transición tenía simultáneamente para perfeccionar la ingestión y digestión y mantener la viabilidad por la segregación orgánulo razonablemente precisa. Apego mutuo de casi cada orgánulo celular se observó en las células modernas tales como los tripanosomas 155 - 157 ] y la cercozoan Sainouron158 ].
La contracción de unión a calcio proteína centrin y las proteínas que se unen que desempeñan un papel clave en el control posicional organellar que a menudo son más dispares y penetrante que su función centrosomal núcleo. Los tripanosomas tienen cinco centrins156 ] con diversas funciones, incluyendo la coordinación de la célula y la división nuclear159 ] y ciliados mucho más, sobre todo para la construcción de su singularmente complejo y penetrante contráctil celosía infraciliar cortical160 ], y algunos protistas (especialmente aquellos que perdieron centriolos y cilios) tienen sólo uno, probablemente simplificación secundaria. Centrin forma una variedad de estructuras y se relaciona con otras proteínas de unión a calcio que igualmente tienen cuatro pliegues de mano EF, en particular la calmodulina citosólica y ER lumen calreticulina; los tres están presentes en Euglenozoa y originado claramente en la eucariota ancestral de un ancestro común .Archaebacteria no tienen proteínas EF-hand, los que tienen un solo motivo EF-mano son muy frecuentes en las eubacterias161 ], pero múltiples motivos EF-mano son mucho más raras, las proteínas con cuatro como en eucariotas se restringió a las Actinobacteria, proteobacterias y cianobacterias. Es muy probable que vinieron verticalmente desde la actinobacterium madre, pero las secuencias son demasiado cortos para probar esto adecuadamente. Calnexin, una segunda proteína de unión de calcio-ER, está ausente de Euglenozoa67 ], y probablemente evolucionado por duplicación de genes de calreticulina sólo en los primeros neokaryotes. Árboles centrin162 ] demuestran que al menos dos centrins lenta evolución estaban presentes en la eucariota cenancestral, y otros datos sugieren que uno (el clado que incluye centrins humanos 1, 2 y 4) fue probablemente asociado con centríolos y el otro (el clado que incluye centrin humana 3) con los polos del huso.
Que previamente sostenía que la mitosis (es decir, la segregación de ADN por los microtúbulos) se desarrolló en dos etapas: un sistema primitivo con sólo un centro de nucleación de microtúbulos (MNC) asociado con el origen de replicación del órgano neomuran ancestral de la replicación en el que los microtúbulos eran constitutivamente presente en la superficie de la célula, y uno más avanzado causado por el origen simultáneo de la envoltura nuclear, centríolos, cilios y en el que hubo citoplasmática separado (permanente) y los microtúbulos intranucleares (transitorio), cada uno con su propio MNC 4 ]. La función inicial de los microtúbulos se argumentó que la prevención de la internalización fagocítica de los sitios de unión de ADN / de membrana (y la consiguiente mala segregación en la ausencia de la mitosis), proporcionando un corsé subpellicular de los microtúbulos que confiere rigidez superficie en lugar de que abandonó cuando el bacteriana pared celular se perdió cuando la ingestión presa evolucionó. El mérito fundamental de esta evolución en dos etapas de la mitosis estaba permitiendo la continuidad entre la segregación de bacterias en la superficie celular y la mitosis intranucleares en el primer protozoos4 ]. La etapa intermedia en la superficie celular no requería cambios importantes en el cromosoma, pero permitiría que las empresas multinacionales y los microtúbulos que evolucionan con una función más a Tubz ancestral (separación de ADN plásmido en la superficie celular) o FtsZ (limitando el plano de división entre la membrana de la célula hija ADN) de la mitosis o cilios mucho más complejo intranucleares, pero con el potencial de evolucionar tanto más tarde mediante la adición de funciones adicionales. La probabilidad de que la teoría de las dos etapas es correcta se ha incrementado sustancialmente por lo que se ha aprendido desde entonces acerca de la segregación de ADN bacteriano (explicado anteriormente) y por el enraizamiento del árbol eucariota entre Euglenozoa y excava9 ]. Como la primera ramificación excava, dado que la posición de la raíz, son la Percolozoa (por ejemplo, el amoeboflagellate Naegleria ), la raíz del árbol eucariota es entre ellos y Euglenozoa, por lo tanto podemos inferir con confianza que los caracteres comunes a ambos de estos filos protozoo eran presentar en su cenancestor y por lo tanto también en el cenancestor eucariota. Por ejemplo, Euglenozoa y Percolozoa están informalmente conocidos colectivamente como discicristate protozoos porque cada ancestralmente tenían crestas planas discoide mitocondrial, que debe haber sido la condición ancestral de los eucariotas, la condición protozoo más generalizado de crestas tubulares evolucionado posteriormente en la excavación Loukozoa. La mitosis en discicristates está siempre cerrado con un husillo intranucleares transitoria nucleado por una discreta intranucleares MNC, mientras que los microtúbulos citoplasmáticos peliculares están presentes en todo el ciclo celular y se dividen longitudinalmente por una escisión surco antero-posterior después de los centriolos separan.Además, en todo discicristates la brecha nucléolo en la mitosis de manera mancuerna y no desmonte y vuelva a montar como lo hacen en los eucariotas superiores.
Así, la mitosis abierta de los animales y de las plantas verdes streptophyte (es decir embryophyte plantas terrestres y sus antepasados ​​de algas carófitos) en la que nucléolo y la membrana nuclear contra la metralla durante la profase y se vuelven a montar en telofase son adaptaciones secundarias claramente convergentes (que probablemente evolucionaron por razones de mayor tamaño de las celdas y el control de calcio como se explica en otro lugar 163 ]) y positivamente engañosa para entender el origen de la mitosis. Fragmentación Nucleolar evolucionó en excava después Loukozoa y Percolozoa divergieron, pero fue retenido por mitosis excava y por los neozoa ancestrales y unikonts ancestrales (siendo retenidos por hongos y Apusozoa) y corticates (siendo retenidos por alveolates, algas rojas y muchos chlorophyte alga verde) cerrado . Abrir la mitosis evolucionó independientemente de los animales y las plantas verdes streptophyte dentro Amoebozoa entre unikonts y en muchos grupos distintos de chromist alveolates. Es notable que Eozoa y alveolates generalmente tienen más paralogues centrin que los eucariotas más derivados, el número más extendido son cuatro162 ]. Yo sugeriría que el eucariota cenancestral tenía tres o cuatro paralogues centrin: uno en el núcleo para especificar polos mitóticos y dos o tres en el citoplasma para colocar los centros de nucleación de microtúbulos anteriores para el corsé pelicular microtúbulos, centríolo (s), y el aparato de Golgi. Esto muchos focos centrin al menos es necesario para la compleja arquitectura del citoesqueleto de discicristates. Cuando los hongos superiores (antepasados ​​de las levaduras) perdieron centríolos y raíces centriolares y su muro permitieron la pérdida de microtúbulos peliculares164 , 165 ], que como era de esperar perderán todos los paralogues centrin excepto que para el centrosoma intranucleares (que fue modificado en su apariencia para formar los cuerpos husillo polos). Acentriolar Amoebozoa como el moho del lodo Dictyostelium perdió de forma independiente los centrins redundantes extra cuando sus células fueron morfológicamente simplificados para la locomoción ameboide (no un carácter ancestral para eucariotas). En las plantas verdes el antepasado de Chlamydomonas perdió todos los parálogos centrin excepto uno cuando se desarrolló la mitosis semi-abierta, en la que la envoltura nuclear se rompe durante la mitosis sólo cerca de los polos del huso permitiendo microtúbulos citoplasmáticos centrosomales penetren la brecha polar y en contacto con los cromosomas que permanecerá en el interior del resto de la NE166 ]. La independencia de esta planta verde centrin simplificación de la de hongos superiores también se ajusta el hecho de que perdieron la antigua paralogue intranucleares (a diferencia de los hongos, que retuvo) y retenidos uno citoplásmica para ambos polos del huso y centríolos162 ]. En las plantas de semilla, más altas las gimnospermas y angiospermas aparentemente conservan la misma paralogue comoChlamydomonas por sus polos del huso citoplasmáticos cuando perdieron cilios y centríolos162 ].Sospecho que el clado de dos paralogues etiquetada '-alveolate específica' en162 ] pueden no ser realmente única de ese grupo, más probable es que tienen que ver con uno o ambos de los llamados ramas específicas de grupo para los Euglenozoa (tripanosomátidos), Percolozoa (Naegleria ) y Metamonada ( Trichomonas , Giardia tiene sólo dos por lo que pueden haber sido sometidos a una cierta simplificación secundaria en comparación con otros Eozoa) y que las largas ramas de los cuatro grupos de prevenir su agrupación correctamente. Que cada uno de estos cuatro grupos convergente adquiridos múltiples parálogos-profundas de ramificación parece improbable, especialmente como la presencia de varios parálogos centrin-profundas de ramificación en Eozoa es de esperar de la gran complejidad ancestral de sus orgánulos citoplasmáticos (Fig.2 ). Alveolates son el único grupo de corticates que han conservado ampliamente la organización celular discicristate ancestral de una matriz cortical permanente separado de los microtúbulos peliculares y husillo intranucleares, que es casi seguro que no convergente con la de Eozoa sino un carácter antiguo persistente; por lo que su retención de más paralogues centrin que en las plantas de los animales, Amoebozoa u hongos es comprensible.Cabe señalar que en estos eozoan flagelados, así como en alveolates apicomplexan, los microtúbulos corticales peliculares se nuclean en el ápice de células y que los duplicados MNC apical antes de la división celular tal como lo hace la intranucleares MNC; durante la citocinesis los microtúbulos unido a apical MNC separado como dos conos medio de microtúbulos geométricamente similares a la mucho más pequeña intranucleares mitótico medio husillos. Por lo tanto la división celular en Eozoa ancestralmente era como dividir una muñeca rusa con una media-husillo nuclear (que se adjunta a la cara interna de la membrana nuclear interna) anidada dentro de una media-husillo más grande (que se adjunta a la cara interna de la membrana plasmática). Las empresas multinacionales de ambos están mutuamente conectados y su duplicación y separación deben coordinarse temporalmente. Paradójicamente, esta misma complejidad de eozoan arquitectura de la célula hace que sea mucho más fácil entender cómo evolucionó la mitosis que si el primer eucariota era una ameba sin forma, sin microtúbulos citoplasmáticos como muchos erróneamente asumir. Segregación Orgánulos es un problema geométrico y mecánico; complejidad arquitectónica y el orden geométrico, mediada por los apegos mutuos semi-rígidas de orgánulos, hacen menos probable que salga mal y conceptualmente más simple de entender que un sistema más fluido o desordenada.
En mi teoría sobre el origen de la mitosis 4 ] el mayor medio de huso citoplasmático se parece más a la versión prekaryotic ancestral que el transitorio intranucleares uno mitótico que se desarrolló sólo en el momento del cromosoma internalización, que debe haber sido acompañado por la duplicación permanente y la diferenciación de las multinacionales para dar evolutiva separada versiones divergentes para el plasma y la membrana nuclear división: división de las dos membranas era tan importante como la división de los cromosomas y los tres tuvieron que ser coordinados por los apegos físicos directos de cada uno de las proteínas del citoesqueleto.Cuando los conos microtubulares pelicular separados que están dispuestos lado a lado y no en 180 ° en simetría de espejo como son media husillos en la mitosis abierta clásica de animales y plantas (orthomitosis). Sin embargo, en muchos protistas con mitosis cerrada (por ejemplo, algunos metamonads, algunos hongos como microsporidios, algunos Euglenozoa como tripanosomátidos, la mayoría Retaria en el Rhizaria, e incluso una primitiva alga verde) mitótico medio husillos son también de lado a lado en las primeras etapas y en la mayor parte de la mitosis (entonces llamado pleuromitosis), a menudo sólo se está orientado en sentido opuesto, justo antes o como las células separadas. Así, la duplicación y la división mecanismo de tanto son probablemente fundamentalmente similar, siendo la principal diferencia en que la membrana están unidos y que los microtúbulos nucleares sólo transitoriamente ensamblan. Es como si un único MNC y microtubular cono se hizo un doblete y diferenciado para las dos funciones complementarias, como mi teoría en dos etapas propuesto4 ]. La teoría está aquí mejoró con el argumento de (1) que discicristates conservan tanto el MNC superficie de la célula original y los microtúbulos peliculares y los intranucleares más derivados, y (2) que la diferenciación se fue mano a mano con la internalización de la membrana que generaron la ER / NE. Microtúbulos peliculares superficie de discicristates y su modo de división fueron el modelo mental en mente cuando le propuse que los microtúbulos primero de este modo se desarrollaron en la superficie celular4 ], pero debido a que el árbol fue misrooted yo no creo que entonces (como ahora lo hago) que su mecanismo de división citoplasmática microtubular / cytokinetic / pelicular probablemente descendía directamente desde el sistema superficial prekaryotic hipotética, y no es sólo una analogía.
Los dos componentes principales de los centrosomas son tubulina gamma, el nucleador para el ensamblaje de los microtúbulos, y centrin para el control de posición y de la arquitectura. Se centrin, el controlador de posición que se sometió a la duplicación de genes para varios parálogos para permitir a la compleja estructura de la eucariota cenancestral. Sin embargo, en el prekaryote antes de que el origen de los núcleos y los cilios un centrosoma sencilla con un solo centrin paralogue habría sido suficiente. La primera vez que especulaba sobre el origen de los cromosomas eucarióticos 70 ] en general se supone que la segregación ADN bacteriano fue pasiva, por crecimiento de la pared entre los puntos de fijación de ADN, así que propuso que los centrómeros evolucionaron a partir de los extremos de replicones bacterianos, debido al requisito de que se complete la replicación del ADN antes de la división y la idea de que terminación replicación podría físicamente señal directamente a un maquinaria segregación adyacente y sitio de división de la pared. Más tarde decidí que la segregación del ADN bacteriano debe ser por activa separando de orígenes replicón por motores ATPasa141 ], ahora se conoce para ser verdad, y argumentó en lugar de que el primer sitio de nucleación de los microtúbulos, por tanto, se desarrolló probablemente en asociación con los sitios de unión pre-existentes en la membrana celular de los orígenes de replicación bacterianos, como se muestra en la figura.3c . Ahora sabemos que los genes Par que son centrales en el ADN bacteriano clúster segregación cerca orígenes cromosoma bacteriano y que Pars marca el sitio de carga condensinas Smc132 , 133 ], el sistema Par bacteriana es ampliamente considerado como un análogo del centrosoma, por lo que la idea de que los centrómeros se originó en la región de origen del cromosoma bacteriano es un lugar común, aunque rara vez se hace explícito. Sin embargo en la etapa prekaryote cuando los cromosomas estaban todavía unidas a la membrana de la superficie celular y sólo había un único MNC, la distinción entre un centrómero centrosoma y primitivo primitivo era menos clara; ambas funciones podrían haber sido asumidas por un único complejo macromolecular en un punto en la superficie celular141 ]. Me considerado el único MNC postulado que haber sido un proto-centrosoma (no un centrosoma) debido a la nucleación de los microtúbulos y la división de las CMN tenido que evolucionar antes de que pudiera ser cualquier fuerza selectiva para la evolución de los cinetocoros para unir los cromosomas hasta el final cada vez mayor de los microtúbulos .Las multinacionales son mucho más fundamental y general, que cinetocoros, ya que son esenciales para la segregación de muchos otros orgánulos, así como los cromosomas y porque toda la arquitectura celular en interfase se organiza en torno a las diversas empresas multinacionales citoplasmáticos y focos centrin y sus anexos al núcleo.
Asumí por encima de que cuando el núcleo se desarrolló sólo había un único MNC en cada polo del huso. Sin embargo eso no puede ser verdad, porque en euglenoids hay varios sub-ejes distintos en el núcleo110 ] por lo que deben tener varias empresas multinacionales en cada polo. Si la raíz eucariota eran en realidad dentro euglenoids (por ejemplo, entre el unicentriolar Scytomonasy géneros más típicos bicentriolar) entonces esta condición MNC múltiple habría sido ancestral de todos los eucariotas. Incluso si la raíz está entre Euglenozoa y neokaryotes aún podría haber sido la condición ancestral y la condición uni-MNC de neokaryotes y Kinetoplastida / Diplonemea (el principal otro clado euglenozoan putativo de euglenoids) podría haber surgido de forma independiente por fusión MNC polar. Anteriormente he sostenido que la polaridad observada en las células epiteliales de los animales, y en menor medida también en células mesenquimales migratorias167 ] tallos fundamentalmente de la polaridad de la célula que se desarrolló en el primer zooflagellate phagotrophic58 ]. Con la raíz estar al lado o dentro de la ancestralmente zooflagellate Euglenozoa9 ], ahora podemos decir que el patrón básico y los mecanismos de dicha polaridad celular vaya a la derecha de nuevo al último ancestro común de todos los eucariotas y que es un principio universal de la biología de las células eucariotas. Idea de Haeckel que los eucariotas ancestrales y las células en general eran amebas amorfas sin centríolos o cilios168 ] tiene engañe pensando desde hace más de 150 años. Organización esquelético es fundamental para entender eukaryogenesis; en el citoplasma del citoesqueleto se compone de filamentos de actina y microtúbulos entrecruzados. El nucleoesqueleto se cromatina principalmente en sí 169 , 170 ], la heterocromatina en particular, cuyo origen lo siguiente discuto. La actina se encuentra para ser cada vez más importante también en las funciones nucleares de los animales al menos171 - 173 ]. Pero como su papel en Eozoa, si cualquier es desconocido, e incluso en los animales de la contribución de la actina a la arquitectura nuclear básica es mucho más pequeño que el de la cromatina, Omito discutiendo que, más allá de señalar que si se tiene un papel similar en los tripanosomátidos, éstos deben estar de importancia universal y, finalmente, hay que tener en cuenta en las discusiones más completas de origen nuclear.

Origen de la heterocromatina y centrómeros

Evolución heterocromatina es de importancia clave para el origen del núcleo debido a la envoltura nuclear se une generalmente a por lo menos una capa delgada de la cromatina condensada que normalmente se llama heterocromatina y las bacterias no tienen estructura equivalente 174 ].Tradicionalmente, la heterocromatina constitutiva se define como la cromatina que se condensa y microscópicamente visible en todo el ciclo celular en contraste con la eucromatina que dispersa en la interfase y se condensa sólo en la mitosis como cromosomas visibles. Cuenta con patrones extraños e inexplicables en gran parte de la variación en la abundancia y distribución intranuclear entre los organismos y las etapas de desarrollo, pero a menudo se asocia con los centrómeros, telómeros y la envoltura nuclear. Hasta hace poco su función era un misterio, sino que se supone que no se transcribe. Todas estas ideas fueron demasiado simplificados. Algunos organismos como levaduras en ciernes carecen de condensación de la cromatina visible tanto en la mitosis y la interfase y otros como euglenoids han condensado visiblemente cromosomas durante todo el ciclo celular. La heterocromatina generalmente tiene una baja densidad de genes codificadores de proteínas normales, pero mucho se transcribe en algún momento de la historia de vida para hacer ARN transitoria no codificante de diversas funciones. Hace mucho tiempo que postula que la heterocromatina es realmente ADN que tiene un papel estructural en gran medida, de tal manera que su volumen y grado de despliegue o el repliegue puede ser modulada de acuerdo con sus necesidades - tanto en el núcleo en interfase (donde el volumen necesita ser modulada en diferentes etapas de desarrollo ) y durante la mitosis, donde la compactación de ADN en centrómeros y el ordenamiento geométrico de sus sitios de unión de microtúbulos del cinetocoro debe ser crítico169 , 175 , 176 ]. También le sugerí que los organismos multicelulares menudo pueden transcribir en etapas cuando se necesitaba volumen nuclear máxima169 , 170 ].
Las ideas recientes sobre heterocromatina han estado dominadas por el descubrimiento de que se forma típicamente por la modificación covalente de las histonas y se asocia con un gen elaborado mecanismos de silenciamiento de la participación de los pequeños ARN no codificante de 20 a 30 nucleótidos (microARN o miARN 177 ]) y las enzimas asociadas que cortan ARN que miRNA reconoce por el apareamiento de bases178 - 181 ]. La importancia de esta vasta obra ha sido poco clara de los orígenes nucleares porque, aunque conocido en todos los eucariotas superiores (específicamente Neozoa - todos los descendientes del último ancestro común de los animales y las plantas) no se sabía que los fenómenos y las moléculas estaban en el primer núcleo. Es el más conocido en el hongo de la levadura de fisión Schizosaccharomyces pombe , donde la ARN polimerasa II transcribe heterocromatina (especialmente céntrica) brevemente durante la fase S y el ARN de silenciamiento chuletas maquinaria hasta las transcripciones (reconocidos a través de lazos de doble cadena) para hacer miRNAs que dirigen la histona desacetilación y metilación de maquinaria para transmitir el estado heterochromatic a los mismos lugares en el ADN recién replicado182 - 185 ], una forma de control posicional epigenética. Las plantas utilizan diferentes RNA polimerasas especializadas (IV y V) para la transcripción y ADN metilato así como las histonas para hacer heterocromatina, pero el principio de silenciamiento de ARN y la maquinaria para la generación y el uso de pequeños ARN es similar en todos los neozoa. Sólo se sabe lo suficiente sobre el silenciamiento de genes y las histonas en tripanosomas que decir que la maquinaria básica silenciamiento génico ya estaba presente en el cenancestor eucariota, pero probablemente con sustancialmente menor complejidad molecular que en los animales. Al igual que en neozoa, los cuatro principales histonas son acetilado y metilado (a veces en sitios homólogos) en tripanosomas186 ], y existe un número limitado de acetilación homóloga, desacetiladora y enzimas metilantes (en su mayoría dirigidas a lisinas), también hay algunos remodelación de la cromatina enzimas y proteínas de unión a las histonas-con bromodomains, dedos PDH y dominios Tudor, por lo que esta máquina de base, todo desarrollado en el eucariota ancestral. También hay una clara evidencia de silenciamiento de los telómeros, que presumiblemente evolucionó en el eucariota ancestral cuando los telómeros surgieron haciendo cromosomas lineal. Pero no está claro si sus histonas del núcleo son fosforilados o ubiquitinado, aunque la fosforilación de la histona núcleo por Aurora quinasa puede producirse in vitro en tripanosomas, es probable que los mecanismos y sus usos son más simples en Euglenozoa.
En neozoa, montaje heterocromatina en el centrómero es típicamente un requisito previo para la carga de CENPA a cinetocoros y por lo tanto para la unión microtúbulos del huso (es decir, en todos menos en ciernes levaduras ( Saccharomyces ), que en segundo lugar se desarrollaron los centrómeros punto en que una variante de la histona diferente Cse-1 es cargado directamente sobre ADN centromérico en asociación con proteínas capaces de reconocer directamente la secuencia de ADN centromérico187 ]; sistemas de modelos suelen ser la excepción a la regla, como para E. coli y las CML). Heterocromatina Neozoan está marcada por heterocromatina proteína 1 (HP1) que reconoce la lisina 9 (K9) de la histona H3, dirigiendo metiltransferasa Clr4 para metilar ella. Sin embargo tripanosoma H3 K9 carece de lisina, que tiene cuatro menos aminoácidos en esta región, así como Saccharomyces también deberán utilizar diferentes máquinas para el montaje de la heterocromatina. Histonas Como archaebacterial188 ] carecen de las colas N-y C-terminales que en eucariotas son importantes para el ciclo de condensación de cromosomas y que se modulan mediante acetilación y metilación, las colas N-terminales ligeramente más cortos de los tripanosomátidos representan plausiblemente la condición eucariota ancestral, pero hasta que saber más acerca de H3 y H4 en otra Euglenozoa no podemos estar seguros de que no son las deleciones secundarias. Aunque arqueobacterias no acetylate histonas, lo hacen acetylate su otra proteína de la cromatina importante, Alba188 ], que es un requisito previo para la función Mcm en la replicación189 ]; Alba probablemente evolucionó a partir de una proteína RNaseP más universal190 ]; desacetilación se lleva a cabo por un homólogo de la histona deacetilasa Sir2 eucariota, por lo que la maquinaria de la acetilación / desacetilación estaba en el lugar en el ancestro neomuran antes del origen del núcleo y podría ser cooptado tan pronto como se añaden colas de las histonas ( probablemente el paso clave en la evolución de la cromatina eucariota) y la duplicación de genes producidos H2A y H2B y nucleosomas octomeric y la capacidad asociada para la condensación reversible, por lo que las modificaciones de la histona H1 también son importantes (en neozoa por lo menos).
El silenciamiento de genes depende de ARNs pequeños no codificantes que se unen a una proteína de la familia Argonaute / PIWI para formar un complejo que reconoce los objetivos para la destrucción o la represión 191 ]. También siempre involucrados son homólogos de RNasa III, una endonucleasa que en todos los organismos corta prerRNA durante la formación rRNA192 ].Algunas bacterias tienen proteínas Argonaute193 , 194 ], por lo que ambas enzimas claves estaban presentes en el ancestro neomuran antes eucariotas evolucionaron. Además arqueobacterias tienen una variedad de pequeños RNAs no codificantes195 ], de los cuales los pequeños RNAs nucleolar (snoRNAs), que guían la maquinaria de procesamiento para prerRNA en todos Neomura (tanto para la metilación y otras modificaciones de nucleótidos y cortar la columna vertebral)196 , 197 ] evolucionó en su cenancestor al igual que el fibrilarina proteína - el catalizador del prerRNA metilación y una proteína núcleo del nucléolo, la parte del núcleo donde se procesa prerRNA y subunidades ribosomales ensamblado (después de sus proteínas citoplásmicamente hechos se importan a la núcleo). Bacteriana RNasa IIIs todos tienen un único dominio RNasa III (al igual que al menos algunas de las personas que procesan prerRNA en eucariotas198 ]) y por lo tanto funcionan como homodímeros de manera que las dos hebras de la diana de ARN de doble cadena se someten a cortes escalonados por centros activos separados.Los RNasa III homólogos eucariotas que participan en el silenciamiento de genes (el más antiguo se le suele llamar dicer) tienen dos dominios adyacentes RNasa III, producidos por la duplicación interna en tándem de un gen duplicado de clase I RNasa III en el eucariota ancestral, que puede cortar ambas cadenas como un monómero 199 ]. Durante el silenciamiento de genes Dicer genera 21-23 fragmentos de nucleótidos. Dicer de neokaryotes tiene un dominio de ARN helicasa N-terminal y un dominio central PAZ como lo hace Argonaute, pero los dos-como Dicer RNasa IIIS de los tripanosomas carecen de ambos dominios, mientras que la excavación de Giardia tiene el dominio PAZ pero no el dominio helicasa200 ]. Sugiero que la simple situación de tripanosomas (Euglenozoa), que se parece más a la clase neomuran ancestral RNasa III era la condición ancestral para dicer y que el dominio PAZ se añadió en una excavación temprano y el dominio helicasa en el neozoan ancestral. Este aumento progresivo de la complejidad de dicer concuerda perfectamente con la topología del árbol de la figura.1 (con la primera divergencia entre eucariota Euglenozoa y neokaryotes), y significa que las funciones del dicer adicionales se agregaron durante la evolución eucariota y debemos ser cautelosos en la generalización de las funciones hasta ahora demostrada sólo en neozoa a otros eucariotas y para su cenancestor.
¿Qué, pues era la primera función de estos ARNs pequeños? En neozoa tres funciones son conocidos: la regulación del desarrollo por silenciamiento génico (ya sea durante o después de la transcripción); la destrucción de las transcripciones de virus o retroelements endógenos; la formación de heterocromatina (y posiblemente otros aspectos de la estructura cromosómica o la estabilidad). Se ha sugerido que la defensa mediante la destrucción de ARN de elementos genéticos parasitarios puede haber sido la primera función201 ]. Sin embargo, no me parece que plausible, porque la necesidad de esa defensa ha estado presente durante miles de millones de años y dicer no evolucionaron en bacterias a pesar de precursores adecuados estar presente.Reglamento de desarrollo también es una necesidad primordial, no específicamente eucariota.Tenemos que explicar por qué dicer generados ARN pequeños evolucionaron específicamente durante eukaryogenesis. Facilitar la formación de heterocromatina es la función más evidente que hace esto, pero otras personas relacionadas con novedades eucariotas son también posibles.Originalmente propuse que la heterocromatina evolucionó primero para plegar centromérica y telomérica cromatina de manera adecuada y luego se extendió a regiones cromosómicas intersticiales por la transposición posiblemente egoísta de secuencias de etiquetado heterocromatina - la primera para proporcionar una fuerte ventaja selectiva suficiente para desarrollar una maquinaria compleja y el segundo para explicar la distribución aparentemente azarosa de la heterocromatina constitutiva intersticial175 ]. Más tarde sostuve que la fuerza selectiva primaria para el origen de la heterocromatina fue probablemente el plegamiento de las histonas centrosomal para permitir la segregación de ADN exacta por mitosis18 ]. Los pequeños RNAs podrían proporcionar un mediador específico de secuencia entre las secuencias de heterocromatina determinar y proteínas heterocromatina que tengan como facilitadores de la modificación postranscripcional de las histonas o de la carga de proteínas especiales en esas regiones. En neokaryotes, estructura de la heterocromatina en sí es el requisito previo para la carga de la histona centromérica CENPA en el ADN adyacente202 ]; pequeños RNAs no son ellos mismos necesitan; su función es simplemente para asegurarse de que los centrómeros forma en el lugar correcto. Como la formación de heterocromatina precede mecánicamente CENPA carga en neokaryotes pero CENPA está ausente en Euglenozoa, heterocromatina centromérica probablemente evolucionó antes CENPA y fue, postulo, el principal determinante de la función del centrosoma en los primeros eucariotas y probablemente evolucionó en el prekaryote en el origen de la mitosis antes de la el núcleo de la célula. Los tripanosomas sí utilizan tanto la metilación de histonas y la desacetilación de los controles relacionados con el ciclo celular186 , 203 ] y Argonaute (y por lo tanto los pequeños RNAs) es esencial para la segregación de ADN adecuada[204 ] (Sugiero mediante el control de heterocromatina centromérica) y algunos tripanosomátidos utilizan pequeños RNAs para la supresión de transposones205 ] y silenciar a sus propios genes[206 ]. Sin embargo, su caso canónico de silenciamiento génico es de los genes situados cerca de los telómeros que probablemente explotaban un gen telomérica preexistente mecanismos de silenciamiento (véase la sección siguiente). En tripanosomas una proteína Argonaute se utiliza para el control de la segregación cromosómica y también ARNm en polisomas para el control postraduccional205 ], mientras que otros objetivos de ARN exógeno207 ]. Probablemente el primer eucariota tenía un solo Argonauta208 ] refiere principalmente con el montaje de la heterocromatina. El fuerte énfasis en el control de la traducción en los tripanosomas no es probable que sea un carácter primitivo, pero es probablemente una consecuencia secundaria de la evolución de los mensajeros policistrónicos y universal trans-empalme de mini exones a pre-mRNA en el ancestro de Euglenozoa59 , 209 - 211 ], junto con el virtual abandono del control de la transcripción, que debe haber ocurrido después Euglenozoa divergen de neokaryotes. El hecho de que el control de genes en neokaryotes es en gran parte de la transcripción como en procariotas significa que esto debe haber sido cierto también del cenancestor eucariota. Asimismo, el uso de las histonas variantes para marcar los límites de las transcripciones polycistronic en Euglenozoa212 , 213 ] es casi seguro que una innovación secundario para ellos, pero podrían haber evolucionado a partir de un uso eucariota principios más básicos de las histonas variantes para etiquetar los límites del dominio de cromosomas funcionales.
Sugiero que la represión de genes por pequeños RNAs (miRNAs) y la supresión de la exógenos transcripciones virales o transposones de destrucción a través de pequeños RNAs silenciadores análogos (siRNAs) podría haber evolucionado tanto fácilmente y aplicarse a una gran variedad de objetivos en función de las necesidades específicas de los diferentes linajes después de la pequeña maquinaria básica basada en ARN evolucionaron para el montaje centromérica y se modificó para la cromatina telomérica. Ambas últimas funciones son generales para todos los eucariotas, pero la represión de genes específicos, como el tipo de apareamiento silenciamiento en la levadura o variante del antígeno de superficie de la represión en el parásitos Giardia y tripanosomátidos son explotaciones linaje específico de una maquinaria más básica preexistente.Varios eucariotas han perdido secundariamente la capacidad para suprimir el ARN exógeno de siRNA (también llamado interferencia de ARN), por ejemplo, S. cerevisiae (214 ], pero las levaduras en ciernes relacionadas han conservado215 ]) y el Trypanosoma cruzi (pero T. bruceiconserva). Que tales organismos aún tienen algo de heterocromatina sugiere que el origen de la heterocromatina era más compleja de lo que me he implicado; estudio de sus tipos y funciones en Euglenozoa general son importantes para aclarar su origen. El origen secundario de centrómeros por unión directa de las proteínas centrosomal a secuencias específicas de ADN (para evitar el heterocromatina típica) que se desarrolló en las levaduras en ciernes podría haber predispuesto a algunos de ellos (por ejemplo, S. cerevisiae ) para bajar el mecanismo siRNA estándar, así como la depuración de selección para el centrómero eficiente función ya no retenerlo.
Una forma más ampliamente distribuida de miARN que se desarrolló probablemente casi tan pronto como pequeños RNAs centroméricas se miRNAs deriva de snoRNAs, que surgió al menos tan pronto como excava, estando en la Giardia , así como a través de neozoa216 ]. Una función potencial hipotético para miARN derivados de snoRNA que podrían ser universal sería el control posicional de la heterocromatina nucleolar que está presente en la mayoría de los eucariotas y pueden ser importantes en la arquitectura nucleolar. snoRNAs evolucionó en el neomuran ancestral y vienen en dos clases, boxC snoRNAs / D que reconocen sitios de metilación (o en un caso - U3 - plegamiento adecuado de prerRNA para la escisión217 ]) y boxH / ACA snoRNAs que reconocen sitios prerRNA para la isomerización a pseudouridina; cada interactúa con un 4-proteína complejo catalítico diferente. Se sometieron a poco cambio durante el origen del núcleo; trypanosomatid y euglenoid snoRNAs son notablemente más simple que los de neokaryotes (incluyendo la estructura excavación Giardia ) y más parecidas a las de las arqueobacterias218 -220 ], dando apoyo adicional a la fuerte divergencia eucariota principal es entre Euglenozoa y neokaryotes (Fig.1 ). Como era de esperar en esta vista de la raíz, U3, que es mucho más variable en longitud que otros snoRNAs eucariotas, es más corto en tripanosomátidos217 ].

Orígenes de los telómeros y la heterocromatina telomérica

La principal razón de ser de los telómeros era resolver el problema de replicación terminal de cromosomas lineales 221 ] y la maquinaria de la telomerasa podría haber sido contratado en principio, ya sea de enzimas del huésped o de elementos genéticos egoístas exógenos70 , 222 ].Cromosomas lineales han evolucionado varias veces en los virus, bacterias, y el ADN mitocondrial, así como durante el origen de los eucariotas y la solución al problema de replicación de extremo ha sido variada. Es probable que en la mayoría de los casos la fragmentación inicial de los cromosomas circulares vez fue accidental y todos los mecanismos eran rescates ad-hoc. El origen de los cromosomas eucarióticos lineales puede haber ocurrido en el prekaryote antes de la origen de la envoltura nuclear si la meiosis (ver más abajo) comenzó entonces, puesto que los números impares de cruces meióticos o intercambios de cromátidas hermanas mitóticas en cromosomas circulares producir dímeros circulares, lo que resulta en accidental pausas durante la segregación de ADN11 , 70 ]. Incluso antes de que el origen de los telómeros núcleo habría adquirido proteínas adicionales para ayudar a bloquear covalente accidental unión de extremos de cromosomas diferentes, una proteína clave implicada en esta protección final es Rap1223 ] que debe de haber estado presente en el eucariota ancestral como presente en los telómeros trypanosomatid, donde también es esencial para el silenciamiento de genes localizados en la heterocromatina telomérica 224 , 225 ]. Telomérica y centroméricas silenciamiento de los genes pueden ser tanto los subproductos de la asamblea de la heterocromatina. Heterocromatina telomérica no sólo depende de las proteínas específicas de la región, como Rap1, sino también en otros compartida con la biogénesis centrómero; acetilasas histonas están implicadas203 ] y los mi-ARN derivados de snoRNAs216 ] potencialmente apuntar a las proteínas antigénicas de superficie variante telómeros situado. Si esto también es cierto de Euglenozoa podría significar que snoRNA miRNAs derivados fueron contratados para la formación de heterocromatina telomérica incluso en el primer eucariota. Sin embargo, cuando la envoltura nuclear evolucionado (ver dos secciones siguientes) telómeros habría adquirido funciones adicionales para la fijación a la misma. Tanto en interfase y profase meiótica telómeros son normalmente asociadas a la envoltura nuclear. Probablemente, la naturaleza compacta de tanto centromérica y heterocromatina telomérica eran preadaptaciones prekaryotic que han facilitado la fijación de endomembranas a la superficie de la cromatina, la innovación evolutiva central en el origen de la envoltura nuclear. El nucleolo generalmente también ha asociado la heterocromatina, que también podrían haber evolucionado antes de que el núcleo y la fuerza como se sugirió anteriormente dependen de pequeños RNAs para su control posicional.

Controles fagocitosis, endomembranes, la mitosis y la novela del ciclo celular

A menudo se pasa por alto que la internalización de los sitios de unión al ADN de la fagocitosis primitiva produciría automáticamente una vesícula endomembrane con el cromosoma unido a su superficie de proteínas de la membrana de bacterias que se unen al ADN 4 ]. Es casi seguro que algunas de esas proteínas se conservan para los deberes de unión al ADN similares en el dominio de la membrana interna de la NE durante eukaryogenesis. Los candidatos probables son Man1 ​​(su dominio MSC está relacionado con la unión al ADN hélice-giro hélice plegable de muchos reguladores de la transcripción bacterianas) y RFB14 , 17 ]. Tenía que haber mucha continuidad en la unión del ADN y los procesos de segregación durante eukaryogenesis, a pesar de su radicalidad, o células morirían4 ]. Esta endomembrane ADN-porte era el precursor NE4 ]. Tal internalización de ADN inmediatamente debe haber causado problemas de segregación4 , 70 ], para cualquier maquinaria de división de membrana llevado a que se producen pueden dividir el endomembrane después de la replicación del ADN, produciendo dos ADN hija unidos a cisternas separada, estos no se unen a la superficie celular, que inicialmente podría dividir aún por un anillo de FtsZ . Sin coordinación física directa de la división de la superficie y endomembranes, hijas que carecen de ADN o que tienen múltiples cromosomas inevitablemente se producirían a una frecuencia razonable hasta su segregación Protone / ADN se hizo menos aleatoria3 , 4 ]. Evitar esta fue la fuerza selectiva primaria para el origen radical de la mitosis 3 , 4 , 70 ]; como se sugirió anteriormente la dificultad de la transición puede haber tanto atenuado por la transición intermedia siendo multigenomic, divisiones tan desiguales se producen las células de ADN libre con una frecuencia más baja que si hubiera sólo un genoma por célula. A condición de que la celda de transición tenía una fuerte ventaja única compensación que completamente lo distinguen de todos los competidores bacterianas (comer otras células) todavía podría disfrutar del éxito reproductor neto y el crecimiento rápido de la población a pesar de la desventaja de generar una proporción de hijas de ADN menos.
Una vez que se logra este grado de éxito de la competencia principal estaría entre sus descendientes, lo que aumenta la eficiencia de segregación de la mejor estirpe, con todos los menos eficientes en vías de desaparición. Este mismo principio se aplicaría a todos los aspectos innovadores de eukaryogenesis, asegurando que no era probablemente sólo un linaje finalmente exitosa sobrevivir a la transición, sin linajes media-evolucionado persistiendo el tiempo suficiente para llegar a ser de importancia ecológica. Mala segregación podría evitarse sólo mediante la coordinación de división de ambas membranas a través de nuevas conexiones físicas indirectas a la superficie de la célula. Como la superficie del esqueleto MreB proteína bacteriana ya se había sometido a la duplicación y se convirtió en la actina y ARPS para la fagocitosis, otras duplicaciones de genes producidos Arps para nuclear un anillo de actomiosina contráctil para dividir la superficie de la membrana6 ], e incluso en las eubacterias la divisome incluye una relación de la actina, FtsA226 ]. División de membrana también necesita deformación de la membrana y proteínas de escisión de la membrana. Ahora parece que las nuevas proteínas de este tipo se desarrollaron durante la revolución neomuran cuando la pared de peptidoglicano fue reemplazado por glicoproteínas de superficie. En las eubacterias se presume que la escisión de la membrana real podría implicar el crecimiento de la pared y la formación de la nueva tabique mureína, aunque toda la maquinaria implicada no ha sido identificado227 ]. Obviamente eso no podría continuar cuando murein estaba perdido. Neomura lugar ancestral evolucionó una nueva membrana deformación y maquinaria escisión utilizando proteínas ancestrales tanto al ESCRT complejo III de los eucariotas228 ] y el CDVA, proteínas B de (principalmente) crenarchaeote arqueobacterias[229 , 230 ]. En eucariotas esto está implicado en la división de la membrana durante la citocinesis y división endosoma y en arqueobacterias en la citocinesis y formación de ampollas en la membrana en el medio ambiente 231 ]. Los ex crenarchaeotes mesófilas ahora llamados Thaumarchaeota232 ] Guarde el viejo FtsZ y la nueva maquinaria de división-ESCRT similares (que probablemente tienen funciones complementarias), pero crenarchaeotes hyperthermophilic perdieron FtsZ (y por lo tanto no podía ser ancestral a eucariotas menos eucariotas consiguieron su ancestro tubulina de FtsZ antepasado mitocondrial - muy poco probable) y retenido sólo maquinaria ESCRT-como división (Thermoproteales desarrolló un tercer mecanismo desconocido para su división chasquido impar), al igual que los eucariotas (suponiendo tubulina evolucionó de Tubz no FtsZ). Por el contrario euryarchaeotes excepto Thermoplasma perdió proteínas de división-ESCRT similares. Otra división de la novedad de la membrana, la gran dynamin GTPasa, que promueve la división mediante la formación de un cuello helicoidal alrededor del cuello de la constricción de las membranas, se desarrolló más tarde en el ancestro de sólo eucariotas. Muchos parálogos dynamin evolucionaron para diferentes funciones: la citocinesis, la gemación de vesículas desde el aparato de Golgi, la endocitosis, de peroxisomas (probablemente todos antes de que el origen del núcleo durante la diversificación endomembranas 27 ]) y también para la fusión nuclear (ver más abajo), y la división mitocondrial después, e incluso más tarde una planta de uno cytokinetic era más duplicada para ayudar a la división del cloroplasto 233 ].
Otra posible consecuencia de la pérdida de murein fue un cambio básico en la terminación de la replicación del ADN. El mecanismo ancestral en eubacterias es sitio-específica de ADN y estrechamente vinculado a murein tabicación, e implica una recombinasa (Xer en proteobacterias) que desvincula catenanos por recombinación de sitio específico en el término234 , 235 ], junto con una translocasa de ADN (FtsK en proteobacterias) que elimina las proteínas a partir de ADN y ayuda desvinculación236 ]. Esta maquinaria se perdió en los Neomura ancestrales, que utilizan todos los mecanismos de terminación de ADN no específico de sitio y diferentes formas de control de la replicación del ADN en relación con el ciclo celular, incluyendo la novela de la topoisomerasa II enzimas que pueden separar los ADN hermanas entrelazadas. Como se ha argumentado antes[12 ], muchas características novedosas de maquinaria de replicación del ADN neomuran y su vástago de control desde el origen de las histonas en lugar de la pérdida de mureína en el neomuran cenancestral. Este es sin duda lo que para la nueva maquinaria preiniciación participación de las proteínas Mcm y Cdc6 se analizan a continuación.
Triplicación de un gen Tubz-como en el ancestro de los eucariontes solos para producir γ-tubulina (centrosomas) y α-y β-tubulins haciendo microtúbulos 3 , 6 ] proporciona una nueva maquinaria para la segregación del ADN, sino como la figura.3 indican un papel clave inicial puede haber sido estabilización de la superficie para evitar la internalización de ADN mediante fagocitosis.Inicialmente no hubo necesidad de que los cinetocoros y microtúbulos apego al ADN ya centrosomas y cromosomas estarían obligados a la membrana (Fig.3c ). ADN y endomembrane automáticamente se cosegregaron si polimerización de microtúbulos hija empujado centrosomas aparte3 , 6 ], como se postula para Tubz. Más tarde, la eficiencia aumentó por evolución de motores de quinesina para deslizar activamente-centrosoma-a centrosoma microtúbulos aparte antiparalelas (Fig.3c ), y probablemente más tarde todavía de dyneins para mover vesículas y cromosomas hacia el extremo menos de microtúbulos (Fig.3e, f ). Así, todos los elementos principales de los husos mitóticos, posiblemente a través de la interfase medio restantes husillos como estables, probablemente evolucionaron antes de que el núcleo3 , 4 , 6 ], aunque sospecho que la dineína, cuya hermana es paralogue midasin (una proteína gigante involucrado en rRNA exportación desde el núcleo), sólo puede haber evolucionado al mismo tiempo que la envoltura nuclear, la mayoría tienen que ver con dyneins ciliar función. Me reservo el debate sobre el origen de los centríolos (cuya función básica es la generación de los cilios) y cilios sí mismos para un trabajo posterior, debido a su complejidad y porque no son fundamentales para la mitosis, siendo sólo "existe para el paseo '237 - 240 ], a pesar de que se originaron antes de la cenancestor eucariota. Eso FtsZ comienza a reunirse en el momento de la iniciación de la replicación del ADN[241 ] es intrigante similar a la sincronización de la duplicación centriolo al comienzo de la fase S; podría el tiempo de montaje inicial de γ-tubulina se han heredado de bacterias? Por contraste con los centríolos más opcionales, tan pronto como protoER / NE convirtió en una membrana genética distinta85 ], su segregación sin pérdida era tan importante para la viabilidad como la de ADN[163 ].
Segregación eficiente y evitar la rotura del ADN (ya sea por el enredo con motores moleculares efectuar cromosoma o el movimiento de vesículas o por la contracción por el nuevo anillo contráctil de actina) requiere una mayor compactación del cromosoma 4 , 11 , 70 ]. H3 Así histonas y / o H4 (ambas surgieron en el ancestro neomuran12 , 13 ]) fueron sometidos a la duplicación y modificación mayor, produciendo histonas H2a y H2b, formando nucleosomas octomeric, y un precursor H1 ya presente en el ancestro actinobacterial (perdida por arqueobacterias)12 ], fue reclutado para vincularlos como fibras solenoidal 30 nm de la cromatina. Metilación, fosforilantes y acetilación enzimas fueron reclutados y temporalmente coordinados para efectuar un ciclo de condensación de los cromosomas (aurora quinasa fosforila H3 opisthokont y Cdk1 hace por H1242 ]), con interfase looser cromosomas transcritas alternando con cromosomas mitóticos inactivos de 30 nm bucles de fibra fuertemente plegada alrededor de un núcleo proteico, incluyendo especialmente la DNA topoisomerasa II, esencial para aliviar el superenrollamiento positivo durante la transcripción y para separar ADN hermanas enredados. Una duplicación de la histona más genera CENPA, el constituyente principal de los centrómeros. Se supuso previamente que esto permitió la evolución de los microtúbulos unión específica directamente a la cromatina por primera vez y por lo tanto la mitosis plenamente desarrollado y que surgió en el cenancestor de eucariotas 12 ]. Sin embargo, el rerooting del árbol eucariota entre Euglenozoa y otros eucariotas hace posible que la aparente ausencia de CENPA en kinetoplastid Euglenozoa es el estado primitivo para todos Euglenozoa y eucariotas en general y que CENPA evolucionó sólo en el ancestro de neokaryotes (todos los eucariotas que no sean Euglenozoa:9 ]); homólogos CENPA están presentes en excava, incluyendo el Percolozoa divergencia temprana, por ejemplo Naegleria212 ]. Dado que minichromosomes o levaduras y los tripanosomas pueden ser segregadas con precisión y sin toda la maquinaria asociada con cromosomas típicos grandes la capacidad de mover los orgánulos bipolarly en ejes es probablemente más básica y general de los modos particulares de apego. Como se sugirió anteriormente, la innovación más fundamental para centrómeros puede haber sido el origen de heterocromatina centromérica plegada correctamente montado en las posiciones controladas por el apareamiento de bases de ARN pequeños. El requisito de Argonauta en tripanosomas para la segregación de los dos mini y cromosomas ordinarios 118 ], que no tienen el mismo tipo de cinetocoros (y ninguno de ellos tiene CENPA), apoya esta.
Que se necesita separase pero cohesin no es para minichromosomes tripanosoma mientras que ambos son necesarios para los cromosomas grandes 149 ] confirma la multiplicidad o la redundancia de la maquinaria de segregación, al igual que su capacidad para segregar a otros orgánulos como centriolos, Golgi, mitocondrias y ER envoltura nuclear, en muchos protozoos la sencillez y el apego nuclear de peroxisomas significa que también deben ser unidos a la máquina la segregación158 ]. Esa segregación de estos orgánulos puede depender de un mecanismo similar al cromosoma disyunción se muestra por cohesin mamífero estar involucrado en centríolo adhesión y separase escisión de Scc1 (tal vez reclutó a centrosomas por la proteína aki1) causando su separación243 ]. Como separase medie separación centríolo en ambos tripanosomas y mamíferos, cohesin probablemente fue reclutado para la fijación de los padres y la hija centríolos cuando centríolos evolucionaron por primera vez antes del ancestro eucariota (entre las etapas eyf en la fig.3 ). La evidencia de que los eucariotas eran ancestralmente biciliate y que incluso el cenancestor había evolucionado a partir de una transformación ciliar anterior más joven a un cilio posterior mayores 9 ] significa que la separación proteolítica de centríolos vieja generación y próximos entre sí unidos debe datar a partir de entonces. Es notablemente está simplificando que los cromosomas y centriolos utilizan el mismo mecanismo para la adhesión y la separación a pesar de sus fundamentalmente diferentes estructuras y modos de duplicación.
Se sabe muy poco acerca de los mecanismos moleculares de la mitosis en Euglenozoa, excepto que la mitosis se diferencia citológico en varios aspectos de la de neokaryotes, así como entre las clases euglenozoan, siempre que carecen de un ciclo de condensación de la cromatina (permanentemente condensada en euglenoids, permanentemente difusa en kinetoplastids) ; en tripanosomátidos a menudo hay dos minicromosomas (a menudo más que el número de los microtúbulos del huso por lo que su segregación es no convencional); euglenoids también pueden tener un gran número de pequeños cromosomas; sitios localizados para la unión de la ADN topoisomerasa II pueden corresponder con centrómeros en algunos, pero no todos cromosomas trypanosomatid 212 , 213 ]. Estudios comparativos de los mecanismos moleculares en Euglenozoa deben aclarar en gran medida el origen y la evolución temprana de la mitosis.
Otras dos características clave del ciclo celular eucariota 244 ], probablemente surgió más o menos al mismo tiempo que los centrómeros: licencias replicación del ADN y penetrante anafase proteólisis y restablecimiento de ciclo. Internalización de ADN por fagocitosis habría alterado no sólo la coordinación espacial de la segregación de ADN, sino también la coordinación temporal de la replicación y la división celular tal como se practica por bacterias 70 ]. Esto inmediatamente haber sido exacerbada por el origen de los centrómeros, porque mitótico eficiente ADN segregación elimina totalmente la fuerza selectiva estabilización ancestral que sólo requiere un único replicón por cromosoma tan terminación replicación podría señalar directamente la división de ocurrir directamente entre los dos únicos hija replicón termini70 ]. Mutaciones recurrentes Así inevitables multiplicadores orígenes replicón o termini previamente removidos rigurosamente mediante la purificación de la selección durante> 2 Gy de repente ser inofensivo y se extendió como un reguero de pólvora70 ] (y ser beneficiosa, ya que varios replicones garantizarían la terminación más rápida de la replicación mucho antes de que la división podría intentar segregar hijas incompletas y abolir rondas dispendiosa duplicación de replicación70 ]). Igualmente mutaciones que hacen varios cromosomas separados se extenderían automáticamente, como la mitosis, a diferencia de los sistemas bacterianos, puede hacer frente a muchos70 ]. Además, la replicación rápida de numerosos replicones elimina cualquier limitación de la circularidad que surge de la necesidad de las horquillas de replicación para converger en un terminal y finalización de señal única, para realizar mutaciones linealidad menos perjudicial70 ]. Por lo tanto, las características multi-replicones de los cromosomas eucariotas (y, en parte, su linealidad) son consecuencias de la procedencia de la mitosis, más presión de mutación, no la selección positiva[70 ]. Tener varios replicones causó problemas para asegurar que toda la replicación se completó antes de la división. Las dos soluciones fueron evolución de concesión de licencias de ADN basado-MCM para asegurar que todos los replicones iniciaron juntos, y de las ciclinas y reclutamiento de la fosforilación de proteínas, la desfosforilación y la proteolisis para coordinar esto con el crecimiento celular, de modo que, en promedio, se inició una ronda de replicación en cada duplicación de tamaño de la celda, con la mitosis está inhibido hasta su finalización. Proteínas Mcm mismos evolucionaron antes en el ancestro neomuran ya que también están presentes en las arqueobacterias245 ], pero aparentemente no eubacterias, y el trabajo como un ADN helicasa seis proteína que lleva las horquillas de replicación. En arqueobacterias y en las primeras divergentes kinetoplastid Euglenozoa 246 ] orígenes de replicación son reconocidos por la proteína Cdc6, que con la ayuda de una proteína parcialmente relacionados Cdt1 carga el hexámero Mcm en los orígenes de replicación. En neokaryotes el sistema es más complejo: se requiere también un complejo prereplication adicional que consiste en hasta seis reconocimiento de origen complejo diferente (ORC) proteínas. Un dominio principal de cinco proteínas ORC (ORC1-5) se relaciona con Cdc6. Propuse que al menos dos de ellos (Orc1 y orc2) evolucionó por la duplicación de genes de Cdc6 en el neokaryote ancestral después de que se separaron de Euglenozoa9 ], pero eso Orc4 (aparentemente ausente de Naegleria ) evolucionaron sólo después de la divergencia de Percolozoa de otros eucariotas. ORC6 evoluciona más rápido y su origen es menos clara. Por tanto, parece que no todas las funciones del sistema ORC que son universalmente presente en eucariotas superiores (Neozoa) estaban presentes en los primeros eucariotas y que el sistema de control del ciclo celular neozoan probablemente evolucionado en etapas durante las divergencias sucesivas de Eozoa. Estudios bioquímicos directos de excavación y los controles del ciclo celular euglenozoan son esenciales para probar esto y aclarar los diversos pasos.
Los proteasomas, lo que probablemente surgieron en los antepasados ​​actinobacterial termófilas de Neomura para degradar las proteínas desnaturalizadas 13 ], se complejizado en el eucariota ancestral por numerosas duplicaciones de genes y el acceso a ellos para la destrucción se convirtió controlados por el nuevo sistema de la ubiquitina y fueron reclutados para la anafase proteólisis. Numerosas proteínas, incluyendo especialmente los bucles cohesin247 - 249 ] que mantienen las moléculas de ADN hermanas juntos de replicación en adelante (incluso en las bacterias, sino que también son SMC proteínas relacionadas con condensinas)63 ], por lo tanto fueron destruidos en la transición anafase: el interruptor de llave del ciclo celular eucariota244 ].Puede ser que este sistema es más simple en Euglenozoa y no evolucionó todos a la vez; una diferencia es que a diferencia de en eucariotas superiores trypanosomatid Cdc6 no se degrada en la fase S y persiste en asociación con la cromatina durante todo el ciclo250 ].
Más tarde, se agregaron puntos de control adicionales que bloquean la mitosis hasta que todo estuvo listo. Los intentos para deducir el orden de la evolución de las quinasas del ciclo celular de los árboles paralogue251 ] son sin esperanza, como los árboles son, obviamente, dominados por las desviaciones sistemáticas causadas por las formas radicalmente diferentes cada familia adaptó inmediatamente después de la duplicación de genes, contra los cuales las pruebas estadísticas no ofrecen una protección que sea. Árboles quinasa no reflejan de forma remota el tiempo, es casi seguro que misrooted (un problema generalizado con árboles paralogue 13 ]), y es probable que sea topológicamente incorrecta. La figura.3 de251 ] no tiene afuera válido y es simplemente "arraigados" entre las tres ramas más largas; cdc28 puede aparecer tarde simplemente porque desde el cenancestor evolucionó 2-3 veces más lento que ellos. Todo lo que podemos concluir con seguridad de esos árboles es que todos los grandes mitótico y meióticas controles existían antes de la cenancestor (y las tasas de evolución relativos posteriores de cada paralogue). Sin embargo para la duplicación de genes es menos importante que el principio de que la fuerza selectiva generalizada de evitar la mala segregación y rotura del ADN hizo que el ciclo celular eucariota, que era una operación de rescate después de los efectos genéticamente inmensamente perturbadores de la internalización de ADN / membrana de la fagocitosis, que surgió debido a sus inmensos beneficios tróficos a pesar de este daño. Así, gran parte de eukaryogenesis ocurrió de encontrar un nuevo equilibrio en el que los beneficios de la fagocitosis podrían persistir sin sus costos genéticas graves. No es intrínsecamente mejor dividir las células eucariota en lugar de la forma en procariotas, pero si el ADN se une a endomembranes en lugar de la superficie celular que no hay otra opción, sino una radicalmente nueva solución, que fue claramente limitado por los posibles precursores que sucedieron a estar disponible y la nueva estructura de la célula.
Por lo tanto, antes de la compartimentación que finalmente hizo el núcleo, muchas características de los cromosomas eucarióticos, incluyendo el ciclo de condensación de la cromatina y los controles de replicación nuevos y novedosa maquinaria segregación, habían evolucionado probablemente como una consecuencia indirecta de la transición de la membrana de la superficie a la segregación mitótica de ADN. Tan pronto como la novela de replicación y otros controles del ciclo celular estaban en su lugar (requerido para completar la replicación antes de la mitosis que es repentino en la anafase y no gradual y se extendió a lo largo de todo el ciclo celular como en bacterias) duplicaciones accidentales de orígenes de replicón inevitablemente a difundir a través de todo el cromosoma, pero esto también habría sido seleccionada positivamente como la replicación simultánea en muchos puntos podrían compensar el movimiento mucho más lento de los orígenes de replicación aunque nucleosomas y permitir ciclos celulares más cortos que de otro modo), el tiempo total de replicación ya no limitar el tamaño del genoma. No hay ninguna razón para pensar que un aumento en el tamaño del genoma en sí, que en eucariotas es independiente de la complejidad del organismo17 ], o de población cuantitativa factores genéticos, como el tamaño efectivo de la población eran factores determinantes de un cambio tan radical en la organización del genoma, como a veces se afirma 79 ]. Lo anterior se concentró en fase trófico de la célula, pero el eucariota cenancestral también había quistes de reposo3 ]. La evolución de singamia y meiosis probablemente se asociaron respectivamente con encystation y exquistación; una sección posterior sostiene que la razón fundamental para el origen de los ciclos sexuales con núcleos haploides y diploides fueron las fuerzas selectivas en conflicto durante el crecimiento y la latencia (multiplicación celular y la supervivencia, respectivamente) . Sin embargo, lo primero que considero los próximos pasos en el origen del núcleo de las células tróficos, a pesar de que en realidad la evolución cromosómica relacionada con el sexo era probablemente coincidiendo con la evolución de la estructura nuclear interfase.