Ученые показали, что осьминоги редактируют свою РНК и, следовательно, белки, что позволяет им адаптироваться к изменению температуры. Этот механизм лучше всего проявляется в нейронах. Исследование опубликовано в журнале Cell.
Мутации в ДНК позволяют организмам приспосабливаться к новым условиям в масштабе нескольких поколений. Редактирование РНК, напротив, позволяет адаптироваться к изменениям среды более быстро и гибко. Редактирование РНК встречается у различных организмов, но один из его типов — рекодирование РНК — распространен не так сильно. При редактировании РНК молекула изменяется таким образом, что это вызывает изменения в структуре белков, закодированных в РНК, из-за замены аминокислот. У людей, например, есть несколько миллионов последовательностей, которые могут подвергаться рекодированию РНК, но в реальности этот процесс затрагивает лишь 3% генов. Напротив, у двужаберных головоногих моллюсков, таких как осьминоги, кальмары и каракатицы, рекодирование РНК куда более распространено и встречается особенно часто в нейронах.
Исследователи задались вопросом, используют ли осьминоги рекодирование РНК для адаптации к изменениям среды, например к похолоданию или потеплению. В природе осьминоги сталкиваются как с быстрыми температурными изменениями (за пару дней, например), так и с медленными (смена сезонов). В своем исследовании ученые сосредоточились на осьминогах Octopus bimaculoides, которые обитают у берегов Калифорнии и Мексики, причем их геном уже известен. Чтобы понять, связано ли редактирование РНК с изменением температур, ученые размещали взрослых осьминогов в аквариумах с теплой (22 °C) или холодной (13 °C) водой. Через несколько недель они сравнили транскрипты РНК с геномами осьминогов, при этом обращая внимание на 60 тысяч уже известных последовательностей, которые, вероятно, более подвержены редактированию РНК. Оказалось, что около трети этих участков действительно редактируются. В основном, как и предполагалось, редактированию подвергаются белки, важные для нейронов. Кроме того, к температуре особенно чувствительными оказались белки, связанные с клеточной мембраной (которая чувствительна к температуре сама по себе), а также белки, связывающие кальций.
Ученые также исследовали, как именно редактирование РНК влияет на структуру белков. Они рассматривали кинезин и синаптотагмин — белки, важные для функционирования нейронов. Кинезин участвует в аксональном транспорте, позволяя передавать сигналы, а синаптотагмин важен для выпуска нейтротрансмиттеров — процесса, который зависит от кальция. Ученые сравнили эти белки в норме и после редактирования РНК и обнаружили различия в их структуре.
Кроме того, исследователей заинтересовало, насколько быстро происходит рекодирование РНК. В одном из экспериментов они так же помещали в аквариумы с водой осьминогов, но уже молодых, а не взрослых, и постепенно нагревали или охлаждали их. Температура изменялась от 14 до 22 °C или наоборот со скоростью 0,5 °C в час, так что на эксперимент ушло около 20 часов. Ученые оценивали распространенность редактирования РНК в разные моменты: до изменения температуры, сразу после и через четыре дня. Оказалось, что редактирование РНК происходит на удивление быстро — меньше чем за день. Помимо этого, ученые показали, что у диких осьминогов тоже встречается редактирование РНК, связанное со сменой сезонов. Они сравнили осьминогов, пойманных летом и зимой, и увидели результаты, схожие с их экспериментами. При этом одно и то же ученые наблюдали не только у осьминогов Octopus bimaculoides, но и у другого, родственного вида — Octopus bimaculatus. Это позволяет говорить о том, что распространенность редактирования РНК — это черта всех осьминогов, а не только одного вида. В будущем ученые планируют узнать, используют ли осьминоги и другие головоногие моллюски редактирование РНК для адаптации к другим условиям среды: например, изменение доступности кислорода и так далее.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
