Исследование, проведенное Джошуа Дж.C. Розенталь из Морской биологической лаборатории (MBL), Вудс-Хоул, Эли Айзенберг и Ноа Лискович-Брауэр из Тель-Авивского университета публикуется на этой неделе в Cell.
Исследование основано на предыдущем открытии ученых, что кальмары демонстрируют чрезвычайно высокую скорость редактирования в кодирующих областях своей РНК, особенно в клетках нервной системы, что приводит к диверсификации белков, которые клетки могут производить. (Более 60 процентов транскриптов РНК в мозге кальмаров перекодируются путем редактирования, в то время как у людей или плодовых мух только часть 1 процента их РНК имеет событие перекодирования.)
В настоящем исследовании ученые обнаружили аналогичные высокие уровни редактирования РНК у трех других «умных» видов головоногих моллюсков (два осьминога и одна каракатица) и определили десятки тысяч эволюционно консервативных сайтов перекодирования РНК в этом классе головоногих моллюсков, называемых колеидом. Они обнаружили, что редактирование особенно важно для нервной системы колеида, влияя на белки, которые играют ключевую роль в нервной возбудимости и морфологии нейронов.
Напротив, редактирование РНК у более примитивных головоногих моллюсков Nautilus и у моллюсков Aplysia происходит на несколько порядков ниже, чем у колеоидов, как они обнаружили. «Это показывает, что высокие уровни редактирования РНК, как правило, не связаны с моллюсками; это изобретение жесткокрылых головоногих моллюсков», — говорит Розенталь.
У млекопитающих сохраняется очень мало сайтов редактирования РНК; они не считаются находящимися под естественным отбором. «В этих головоногих моллюсках происходит что-то принципиально иное, в которых многие события редактирования сильно сохраняются и демонстрируют явные признаки отбора», — говорит Розенталь.
Ученые также обнаружили поразительный компромисс между высоким уровнем перекодирования РНК и геномной эволюцией этих головоногих моллюсков. Наиболее распространенная форма редактирования РНК осуществляется ферментами ADAR, которые требуют больших структур (дцРНК), фланкирующих сайты редактирования.
Эти структуры, которые могут охватывать сотни нуклеотидов, законсервированы в геноме колеида вместе с самими сайтами редактирования. Команда сообщила, что частота генетических мутаций в этих фланкирующих регионах сильно снижена.
«Вывод состоит в том, что для того, чтобы сохранить эту гибкость при редактировании РНК, колеоиды должны были отказаться от способности развиваться в окружающих регионах — очень много», — говорит Розенталь. "Мутация обычно рассматривается как валюта естественного отбора, и эти животные подавляют ее, чтобы поддерживать гибкость перекодирования на уровне РНК."
Розенталь и его коллеги из MBL в настоящее время разрабатывают генетически трактуемые модельные системы головоногих, чтобы исследовать механизмы и функциональные последствия их плодовитого редактирования РНК. "Когда его включают и под каким влиянием окружающей среды?
Это может быть что-то простое, например, изменение температуры, или такое сложное, как опыт, форма памяти », — говорит он.