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.
