Ośmiornice przeprojektowują swoje mózgi, gdy jest im zimno

Ośmiornice należą do najmądrzejszych zwierząt na planecie, a niektóre z najdziwniejszych. Mają taką samą liczbę neuronów jak psy, ale ponad połowa tych komórek jest rozmieszczona na ośmiu ramionach śliskiego głowonoga, a nie w centralnym mózgu.

Jak poinformowali badacze 8 czerwca br komórka, Od tego momentu anomalia neurologiczna staje się jeszcze dziwniejsza. I odkryli, że ośmiornice mają taką zdolność przekodować ich neurony W odpowiedzi na zmiany temperatury komórki te wytwarzają różne białka. Podobnie jak ludzie dopasowują swoje ubrania do pogody na zewnątrz, ośmiornice edytują swoje RNA, cząsteczkę genetyczną, która przenosi instrukcje DNA dotyczące produkcji białek – jednostek roboczych komórek. Naukowcy uważają, że te „adaptacje mózgowe” pomagają ośmiornicom przystosować się do ciepła lub zimna, gdy zmieniają się pory roku. Robią to „w niezwykłym stopniu”, mówi współautor Joshua Rosenthal, biolog z Marine Biological Laboratory w Woods Hole w stanie Massachusetts.

Modyfikacja RNA ma miejsce, gdy siła zewnętrzna aktywuje pewne enzymy w komórkach ciała, które następnie dokonują zmian chemicznych w RNA. W zależności od zmian komórki wytwarzają różne formy lub izoformy białek. Ponieważ RNA jest cząsteczką przejściową, wszelkie zmiany dokonane w informacji genetycznej, którą zawiera, nie będą trwałe – cecha, która teoretycznie czyni z niego potężne narzędzie do adaptacji w ruchu do zmieniających się warunków środowiskowych.

Modyfikowanie RNA u ludzi wpływa na produkcję białek w mniej niż 3 procentach genów, podczas gdy Rosenthal i współpracownicy odkryli to wcześniej Wszystkie zaawansowane gatunki głowonogówOznacza to, że wszystkie głowonogi z wyjątkiem Nautilusa mogą rekodować większość białek neuronalnych.

Naukowcy chcieli kontynuować poprzednie prace, aby zobaczyć, jakie czynniki mogą napędzać modyfikację RNA u głowonogów. Zaczynają się od zmiany temperatury, ponieważ jest to bezpośredni warunek środowiskowy, który zmienia się sezonowo lub nawet codziennie.

Naukowcy po raz pierwszy zebrali dziesiątki dzikich kalifornijskich ośmiornic dwukropek (bimakuloidy ośmiornicy), gatunek, którego genom został już zsekwencjonowany. Zaaklimatyzowali zwierzęta do zbiorników zawierających ciepłą lub zimną wodę. Po kilku tygodniach naukowcy zbadali około 60 000 wcześniej zidentyfikowanych miejsc w genomach zwierząt, w których enzymy modyfikują RNA. Odkryli, że około jedna trzecia tych lokalizacji uległa zmianie i że zmiany te następowały szybko, w skali od godzin do kilku dni. „Spodziewaliśmy się, że tu i tam zobaczymy miejsca, które się zmieniły, ale nie, to była rzecz bardzo globalna” – powiedział starszy współautor Eli Eisenberg, fizyk z Uniwersytetu w Tel Awiwie, którego badania koncentrują się na RNA.

Zespół odkrył, że prawie wszystkie zmiany były spowodowane zimnem. Wśród tych zmian były te, które kodują określone klasy białek zaangażowanych w błony komórkowe, funkcje synaps (przekazujące sygnały nerwowe), autofagię (zaprogramowaną śmierć komórki) i wiązanie wapnia (odgrywającego różne role w neuronach). Naukowcy potwierdzili, że izoformy utworzone przez zmodyfikowany RNA zmieniły funkcje, ale „nie wiemy jeszcze, w jaki sposób te tysiące zmian lub niektóre z nich sprzyjają adaptacji” – mówi Eisenberg. „Zrozumienie globalnego wpływu wszystkich zmian w ceremoniach pozostawia się przyszłym badaniom”.

Wreszcie zespół zebrał także dzikie ośmiornice – w tym inny blisko spokrewniony gatunek, ośmiornicę dwuplamą Verrilla (Ośmiornica Bimaculatus) – latem i zimą. Naukowcy odkryli, że te osobniki wykazywały te same zmiany związane z RNA śledzącymi temperaturę, co ośmiornice kalifornijskie, które testowali w laboratorium.

W przeciwieństwie do ludzi i innych ssaków ośmiornice nie mogą regulować własnej temperatury. Naukowcy podejrzewają zatem, że edycja RNA odgrywa rolę w ochronie neuronów bezkręgowców przed wahaniami temperatury. „Organizm decyduje się na ekspresję różnych izoform, a każda z nich jest lepsza w swojej własnej sytuacji” – mówi Eisenberg. „Nie ma ani jednego przykładu takiego zjawiska u ssaków”.

Heather Hundley, biolog z Indiana University Bloomington, która nie była zaangażowana w badania, nazwała nowy artykuł „prawdziwym motorem napędowym”.

„Ta praca uzupełnia rosnącą liczbę danych wykazujących, że edycja RNA może być regulowana dynamicznie” – mówi. „Podczas gdy poprzednie prace koncentrowały się głównie na regulacji podczas rozwoju i choroby, ta praca pokazuje, że edycja RNA może służyć jako molekularny sposób dostosowywania funkcji białek w odpowiedzi na środowiskowe zmiany temperatury”.

Rosenthal, Eisenberg i ich współpracownicy planują kontynuować tego typu badania, badając dodatkowe czynniki, które mogą prowadzić do zmian w produkcji białka, takie jak poziom pH i tlenu lub środowisko społeczne. „Jak szeroka jest ta zdolność adaptacji poprzez edycję RNA?” mówi Rosenthal. – Jest dużo ciekawej pracy do wykonania.