Исследование: Осьминоги используют редактирование РНК для быстрой реакции на изменения температуры

Новое исследование под руководством Джошуа Розенталя из Морской биологической лаборатории (MBL) и Эли Айзенберга из Тель-Авивского университета показывает, что осьминоги и их близкие родственники (кальмары и каракатицы) адаптируются к изменениям окружающей среды, редактируя свою РНК — молекулу-посредник, передающую инструкции ДНК.

В исследовании, опубликованном в журнале Cell 8 июня, учёные зафиксировали резкий всплеск редактирования РНК, когда головоногие моллюски (колеоидные цефалоподы) акклиматизировались к холодной воде. После охлаждения аквариумов с осьминогами команда обнаружила увеличение активности, изменяющей белки, в более чем 13 000 сайтах РНК в нервной системе животных.

"Мы привыкли думать, что все живые существа запрограммированы с рождения определённым набором инструкций. Идея о том, что окружающая среда может влиять на эту генетическую информацию, как мы показали у цефалопод, — это новая концепция", — говорит Джошуа Розенталь.

Как работает редактирование РНК

Клеточные механизмы транскрибируют инструкции ДНК в РНК, часть которой затем идёт на производство белков. Клетки могут заменять один элемент четырёхбуквенного генетического кода — аденозин (A) — на молекулу инозин (I), которая ведёт себя как гуанозин (G). Этот процесс (A-to-I редактирование) происходит и у людей, но редко затрагивает РНК, из которой производятся белки. У головоногих он происходит в огромных масштабах.

Эксперимент с температурой

Исследователи изучили влияние температуры на нервную систему калифорнийского двупятнистого осьминога (Octopus bimaculoides), который не может самостоятельно генерировать тепло тела.

• Осьминогов акклиматизировали к температурам в тёплом (22°C) и холодном (~13°C) концах их естественного диапазона.
• У особей в холодных резервуарах обнаружили значительное увеличение редактирования в 13 285 сайтах, где изменение одной "буквы" кода меняет белок. В тёплых резервуарах таких мест было 550.
• Эксперименты показали, что редактирование РНК может помогать адаптации к постепенным изменениям, но не к резким (например, при быстром погружении с тёплой поверхности на холодную глубину).

Влияние на функции белков

Исследователи изучили, как редактирование РНК меняет функцию двух ключевых для нейронов белков:

1. Кинезин-1: белок, переносящий грузы по длинным отросткам нейронов. Редактирование РНК изменяет скорость его движения.
2. Синаптотагмин: белок, обеспечивающий связь между нейронами. Редактирование меняет его чувствительность.

Возможный ключ к сложному поведению

Розенталь полагает, что редактирование РНК — лишь "верхушка айсберга" и используется цефалоподами для адаптации разными способами. Этот механизм может частично объяснять их сложное поведение (решение головоломок, мимикрия), требующее нервной системы со сложным набором белков.

"Какие механизмы они используют для создания этой сложности? Я считаю, что редактирование РНК — один из них", — говорит Розенталь.