I polpi possono ricablare il loro “cervello” modificando il loro RNA in volo: ScienceAlert

I polpi hanno trovato un ottimo modo per proteggere le caratteristiche più sensibili del loro sistema nervoso dai cambiamenti drastici delle temperature.

Quando le condizioni fluttuano, possono ricodificare rapidamente le proteine ​​chiave nei loro neuroni, assicurando che le attività neuronali critiche rimangano funzionali quando le temperature scendono drasticamente.

Come lo fanno? Dispiegando un raro superpotere: modificare il proprio RNA in volo, un’abilità che si trova in alcune specie di polpi, seppie e seppie.

È una strategia insolita, ma apparentemente efficace, e gli scienziati pensano che possa essere ampiamente adottata in tutto il mondo dei cefalopodi.

“Generalmente pensiamo che le nostre informazioni genetiche siano fisse, ma l’ambiente può influenzare il modo in cui codifichiamo le proteine, e nei cefalopodi questo accade su larga scala”. afferma il biologo marino Joshua Rosenthal del Laboratorio di Biologia Marina dell’Università di Chicago, autore senior di una nuova ricerca pubblicata in cellula.

“La ricodifica dell’RNA offre agli organismi la possibilità di esprimere uno scatto di diverse proteine ​​quando e dove lo desiderano. Nei cefalopodi, la maggior parte della ricodifica è per le proteine ​​che sono davvero importanti per la funzione del sistema nervoso, quindi la domanda naturale è: lo stanno usando in per adattarsi ai cambiamenti nel loro ambiente fisico?”

Le nostre istruzioni genetiche per la sopravvivenza possono cambiare, ma tendono ad avvenire lentamente, con ritocchi generazionali nel nostro DNA. Le differenze nel codice genetico determinano l’eventuale forma e funzione delle singole proteine ​​che costruiscono i nostri corpi, inclusi i sistemi strutturali e i supporti all’interno del nostro cervello.

Ma il DNA non produce direttamente le proteine. Queste istruzioni codificate chimicamente rimangono nel nucleo delle tue cellule e vengono espulse attraverso una molecola intermedia chiamata RNA messaggero (o mRNA), che viaggia dal nucleo alla sostanza appiccicosa circostante per alimentare il minuscolo meccanismo di costruzione delle proteine.

Nella maggior parte degli organismi, questo è molto pronunciato. Una volta rilasciato il modulo, non si verificheranno ulteriori cambiamenti nell’RNA. Tuttavia, le cose sono leggermente diverse per i cefalopodi.

Nel 2015, gli scienziati hanno scoperto che seppie, seppie e polpi possono modificare il loro RNA dopo aver lasciato il nucleo, modificandolo in volo, consentendo una rapida risposta fisiologica a… cosa?

alcuni studiosi Si ritiene che possa essere la ragione per cui i cefalopodi sono così strani e incredibilmente intelligenti, ma la ragione dietro questo ci è sfuggita e ha sconcertato gli scienziati.

Adattamento I cambiamenti ambientali temporanei sembrano una spiegazione ragionevole. Gli organismi marini sono soggetti a un’ampia gamma di temperature e i polpi non hanno la capacità di regolare attivamente il calore. L’editing dell’RNA fornirà la possibilità di cambiare e cambiare ancora a seconda delle condizioni, senza l’implementazione a lungo termine e la relativa permanenza dell’editing del DNA.

Quindi, guidato dal biologo marino Matthew Burke del Marine Biological Laboratory e dalla St. Francis University, un team di ricercatori ha messo alla prova questa idea.

I loro soggetti erano i polpi a due macchie della California (polpo bimaculoide), il cui intero genoma è stato sequenziato per la prima volta nel 2005, rendendolo un animale utile per comprendere i cambiamenti genetici.

I ricercatori hanno acclimatato questi polpi all’acqua più calda a 22 gradi Celsius (71,6 Fahrenheit) o ​​all’acqua più fredda a 13 gradi Celsius (55,4 Fahrenheit), e poi hanno confrontato le loro informazioni genetiche con un database di genomi. Hanno esaminato in particolare oltre 60.000 siti di editing noti e ciò che hanno scoperto è stato sorprendente.

“La modulazione sensibile alla temperatura si è verificata in circa un terzo dei nostri siti – più di 20.000 singoli siti – quindi questo non è qualcosa che accade qua o là; questo è un fenomeno globale”, ha detto. dice il fisico Eli Eisenberg dell’Università di Tel Aviv, co-senior autore dell’articolo.

“Ma questo non accade allo stesso modo: le proteine ​​che vengono modificate tendono ad essere proteine ​​neuronali, e quasi tutti i siti sensibili alla temperatura sono deregolati in misura maggiore al freddo”.

Quindi sembra che la modifica sia stata in risposta all’acclimatazione all’acqua fredda, piuttosto che all’acqua calda, interessando le proteine ​​neuronali che, in particolare, sono sensibili alle basse temperature. E i test delle proteine ​​strutturali cruciali per la funzione del sistema nervoso del polpo – chinesina e sinaptotagmina – hanno scoperto che i cambiamenti che si sono verificati avrebbero avuto un impatto sulla loro funzione.

Ciò che il team ha osservato potrebbe essere stato il risultato dell’essere in laboratorio, quindi hanno catturato i polpi a due macchie selvatici della California e i polpi a due macchie di Ferrell (Polpo bimaculato) in estate e in inverno e ne ha anche esaminato i genomi. Questi polpi avevano modelli simili di modifica dell’RNA, suggerendo che stavano ottimizzando la loro funzione per le condizioni di temperatura attuali.

Il team ha anche testato per vedere quanto velocemente si sono verificati i cambiamenti. Hanno regolato la temperatura della vasca del polpo da 14°C a 24°C o viceversa, aumentando o diminuendo la temperatura di 0,5°C nel corso di 20 ore. Hanno testato la quantità di RNA modificata in ogni polpo prima di iniziare il cambio di temperatura, subito dopo e quattro giorni dopo.

capita Molto veloceI ricercatori hanno trovato.

“Non avevamo idea di quanto velocemente potesse accadere: se ci volessero settimane o ore”, Burke spiega. “Potremmo vedere cambiamenti significativi in ​​​​meno di un giorno e, in quattro giorni, erano ai nuovi livelli di stato stazionario in cui li trovi dopo un mese”.

Questi risultati indicano che almeno una funzione dell’editing dell’RNA dei cefalopodi è una risposta rapida a condizioni che sarebbero altrimenti pericolose per gli animali. Ci sono anche altre variabili ambientali che possono richiedere una risposta. Questi includono ossigeno ridotto, inquinamento e mutevoli condizioni sociali.

I ricercatori ritengono che l’editing dell’RNA sia una strategia abbastanza diffusa tra polpi e calamari per sopravvivere mentre il loro ambiente cambia e hanno in programma di indagare su come viene utilizzato in modo più dettagliato.

Ricerca pubblicata in cellula.