Новое исследование показало, что по мере смены времен года осьминоги перестраивают свой мозг, чтобы приспособиться к колебаниям температуры океана. Осьминоги и другие головоногие хладнокровны или экзотермичны, что означает, что они не могут внутренне регулировать температуру своего тела. В результате они оказываются уязвимы к внешним температурам в воде, что может угрожать работе мозга этих исключительно умных существ, если вода становится слишком холодной или слишком горячей.
Чтобы предотвратить это, калифорнийские двухточечные осьминоги (Octopus bimaculoides) редактируют свою РНК — молекулу-мессенджера между ДНК и белками — для производства различных нервных белков в ответ на изменение температуры, согласно исследованию, которое было опубликовано в журнал Cell. Под руководством исследователей из Морской биологической лаборатории в Вудс-Хоул, штат Массачусетс, исследование сосредоточено на матричной РНК, которая действует как мессенджер для инструкций, закодированных в ДНК, и переносит транскрибированную генетическую информацию на фабрики по производству белков или рибосомы в клетках.
В ходе исследования ученые собрали 12 выловленных в дикой природе калифорнийских двухточечных осьминогов — желтовато-коричневых осьминогов, известных своими двумя переливающимися голубыми ложными глазами, — и разделили их на две группы в зависимости от различных условий испытаний: в теплом аквариуме с водой 22 градуса по Цельсию и холодный бак с водой, температура которой была 13 C. Через несколько недель исследователи сравнили транскрипты РНК осьминогов в теплых резервуарах с транскриптами в холоде.
Они ожидали увидеть изменения в РНК только в нескольких местах. Вместо этого они обнаружили изменения более чем на 20 000 из 60 000 просмотренных мест. Исследователи обнаружили, что эти изменения РНК начали происходить в течение нескольких часов после того, как осьминоги подверглись воздействию новых температур.
«Прелесть редактирования РНК заключается в том, что, с одной стороны, вы изменяете генетическую информацию, и она довольно подвижна, а с другой стороны, вы сохраняете ДНК нетронутой. Это хорошо, что вы можете редактировать РНК в соответствии с потребностями текущей среды», — говорит соавтор исследования Эли Айзенберг из Университета Тель- Авива.
В следующей части своего исследования они работали с исследователями из Мичиганского университета и Техасского технологического университета, чтобы определить, действительно ли эти изменения РНК повлияли на структуру белка. Для этого они сравнили отредактированные и неотредактированные версии двух белков осьминогов, которые имеют решающее значение для функционирования нервной системы: кинезина, который связан с клеточными мембранами, и синаптотагмина, белка, связывающего кальций.
Они нашли доказательства, подтверждающие, что температурные изменения РНК транслируются в структурные изменения кинезина и синаптотагмина, и что эти изменения также влияют на функцию белков, вероятно, таким образом, что осьминоги лучше адаптируются к холодным или теплым водам, в которых они обитают. работают в.
«Можно сказать, что [многие] белки, которые осьминоги используют зимой, не такие, как те, которые они используют летом», — сказал Айзенберг. Исследование, проведенное в 2012 году, показало различия в РНК разных видов осьминогов, живущих в различных теплых и холодных средах, но это первое исследование, показывающее, что редактирование РНК происходит у одного вида осьминогов в ответ на изменения температуры в реальном времени.
Для многих видов редактирование РНК практически не влияет на человека, потому что оно происходит в областях ДНК, которые ничего не кодируют. Например, у людей есть миллионы сайтов редактирования РНК, но только 3% из них влияют на структуру белков. У осьминогов редактирование РНК влияет на большинство их нервных белков, и теперь ученые знают, что эти сложные головоногие используют эту способность, чтобы акклиматизироваться к теплым и холодным водам.
Исследователи также нашли доказательства того, что двухточечный осьминог Веррилла (Octopus bimaculatus), близкий родственник, также имел чувствительную к температуре РНК, что позволяет предположить, что это явление может быть широко распространено среди осьминогов и кальмаров.
Айзенберг и его команда в настоящее время работают над дальнейшими исследованиями, чтобы определить, помогает ли редактирование РНК осьминогам адаптироваться к другим условиям окружающей среды, таким как районы с низким pH (кислотным) или с низким содержанием кислорода («гипоксические»), которые могут стать более распространенными по мере изменения климата.