Израильские ученые обнаружили, что осьминоги и их родственники из подкласса двужаберных активно редактируют собственную РНК для лучшей адаптации к окружающей среде. Такая способность – альтернатива традиционной модели экспрессии генов, она замедляет изменение генома, но делает головоногих умнее. Статья об исследовании опубликована в журнале Cell.
Этапы экспрессии генов, процесса, при котором по генетическому «чертежу» ДНК строятся функциональные белки и РНК, хорошо известны. Сначала на матрице ДНК синтезируется промежуточный переносчик информации – мРНК. Затем на базе мРНК рибосомы собирают белки. Передача информации происходит без потерь и изменений, последовательность аминокислот в белке точно соответствует порядку нуклеотидов в гене, который его кодирует, а разнообразие белков в организме возникает благодаря их дальнейшим модификациям.
Намного реже происходит модификация мРНК, ее проводят ферменты из семейства ADAR (аденозиндеаминазы РНК), которые превращают нуклеотид аденозин в инозин. Такое изменение позволяет очень точно настраивать функции белков, но используется довольно редко, у человека насчитывают около трех процентов измененной РНК, а у дрозофил – от одного до четырех процентов. Однако, авторы нынешнего исследования в предыдущих работах выяснили, что осьминоги используют именно эту модификацию для адаптации к изменению температуры.
В новой работе ученые решили выяснить, насколько часто и для чего осьминоги применяют редактирование мРНК. Для этого они проанализировали ДНК и РНК головоногих со всех ветвей эволюционного древа: развитых двужаберных (осьминогов, каракатицы, кальмара) и более примитивного наутилуса, а также брюхоногого моллюска аплизию, как контрольного представителя другого класса.
Чтобы обнаружить случаи редактирования РНК, ученые нашли систематические несоответствия между ДНК и РНК. У двужаберных они нашли около ста тысяч отредактированных участков РНК, а у наутилуса и аплизии – всего тысячу. Чтобы выяснить, как активно модифицированная РНК участвует в создании белков, ученые проанализировали протеом мозга осьминога. Оказалось, что на основе отредактированной РНК было создано около 60 процентов его белков, в том числе белки, которые у млекопитающих отвечают за соединение нейронов. Исследователи предположили, что именно редактирование РНК позволяет двужаберным использовать сложные поведенческие сценарии.
Также ученые отметили, что модификация РНК значительно замедляет эволюцию двужаберных, ведь она очень чувствительна к мутациям ДНК. Любая мутация может закрыть возможность редактирования белка и лишить осьминогов какой-нибудь важной для выживания черты.
Получается, что обычному эволюционному пути, который привел к появлению, например, млекопитающих, осьминоги предпочли отличную адаптивность и очень высокую для беспозвоночных разумность в текущий момент.
Осьминоги вообще очень умные. Они умеют просачиваться в щели сложной формы, угрожать друг другу цветом, применяют очень сложный камуфляж для защиты и нападения и используют медуз как ловчие орудия.
Анна Маньшина