Evolution of a biological thermocouple by adaptation of cytochrome c oxidase in a subterrestrial metazoan, Halicephalobus mephisto
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Abstract In this study, we report a biological temperature-sensing electrical regulator in the cytochrome c oxidase of the Devil Worm, Halicephalobus mephisto . This extremophile metazoan was isolated 1.3 km underground in a South African goldmine, where it adapted to heat and potentially to hypoxia, making its mitochondrial sequence a likely target of adaptational change. We obtained the complete mitochondrial genome sequence of this organism and show through dN/dS analysis evidence of positive selection in H. mephisto cytochrome c oxidase subunits. Seventeen of these positively selected amino acid substitutions were located in proximity to the H- and K-pathway proton channels of the complex. Surprisingly, the H. mephisto cytochrome c oxidase completely shuts down at low temperatures (20 °C), leading to a 4.8-fold reduction in the transmembrane proton gradient (ΔΨ m ) compared to optimal temperature (37 °C). Direct measurement of oxygen consumption found a corresponding 4.6-fold drop at 20 °C compared to 37 °C. Correspondingly, the lifecycle of H. mephisto takes four times longer at low temperature than at higher. This elegant evolutionary adaptation creates a finely-tuned mitochondrial temperature sensor, allowing this ectothermic organism to maximize its reproductive success across varying environmental temperatures.
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Le contrôle bibliographique ouvert
DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.
- Titre Crossref
- Evolution of a biological thermocouple by adaptation of cytochrome c oxidase in a subterrestrial metazoan, Halicephalobus mephisto
- Date Crossref
- 28/09/2024
- Éditeur
- Springer Science and Business Media LLC
- Type
- journal-article
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Où se fait cette recherche
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American University Biology Department pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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New York Genome Center pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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New York University Center for Genomics and Systems Biology and Department of Biology pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
Biology Department — American University, New York Genome Center et Center for Genomics and Systems Biology and Department of Biology — New York University.
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