A polipok újratervezik az agyukat, amikor megfáznak

A polipok a bolygó legokosabb állatai közé tartoznak, és néhányan a legfurcsábbak is. Ugyanannyi idegsejtjük van, mint a kutyáknak, de ezeknek a sejteknek több mint fele a csúszós lábasfejűek nyolc karjában oszlik el, nem pedig a központi agyban.

Amint arról a kutatók június 8-án beszámoltak sejt, A neurológiai anomália innentől csak egyre furcsább lesz. És rájöttek, hogy a polipoknak megvan a képességük hogy újrakódolják neuronjaikat A hőmérséklet változásaira reagálva ezek a sejtek különböző fehérjéket termelnek. Mint az emberek, akik a kinti időjáráshoz igazítják a ruházatukat, a polipok szerkesztik RNS-üket, egy genetikai molekulát, amely DNS-utasításokat hordoz a fehérjék – a sejtek munkaegységeinek – előállításához. A kutatók úgy vélik, hogy ezek az „agyi adaptációk” segítenek a polipoknak alkalmazkodni a meleghez vagy a hideghez, amikor az évszakok változnak. „Rendkívüli mértékben” teszik ezt – mondja Joshua Rosenthal társszerző, a Massachusetts állambeli Woods Hole-i Tengerbiológiai Laboratórium biológusa.

Az RNS-módosítás akkor következik be, amikor egy külső erő aktivál bizonyos enzimeket a szervezet sejtjeiben, amelyek aztán kémiai változásokat hajtanak végre az RNS-ben. A változásoktól függően a sejtek a fehérjék különböző formáit vagy izoformáit állítják elő. Mivel az RNS egy tranziens molekula, az általa hordozott genetikai információkban végrehajtott változtatások nem lesznek állandóak – ez a tulajdonság elméletileg hatékony eszközzé teszi a változó környezeti feltételekhez való alkalmazkodáshoz.

Az RNS módosítása emberben a gének kevesebb mint 3 százalékában befolyásolja a fehérjetermelést, míg Rosenthal és munkatársai korábban azt találták, hogy Minden fejlett lábasfejű fajaVagyis a Nautilus kivételével minden fejlábú képes újrakódolni a legtöbb neuronális fehérjét.

A kutatók nyomon akarták követni ezt a korábbi munkát, hogy megtudják, milyen tényezők vezethetik az RNS-módosítást a lábasfejűekben. Hőmérsékletváltozással kezdik, mert ez egy közvetlen környezeti állapot, amely szezonálisan vagy akár naponta is ingadozik.

A tudósok először gyűjtöttek össze több tucat vadon élő kaliforniai kétpettyes polipot (octopus bimaculoides), egy faj, amelynek genomját már szekvenálták. Az állatokat meleg vagy hideg vizet tartalmazó tartályokhoz szoktatták. Néhány hét elteltével a kutatók körülbelül 60 000 korábban azonosított helyet vizsgáltak meg az állatok genomjában, ahol az enzimek módosítják az RNS-t. Azt találták, hogy a helyek körülbelül egyharmada megváltozott, és ezek a változások gyorsan, óráktól néhány napig terjedtek. „Arra számítottunk, hogy itt-ott látni fogunk néhány helyet, amelyek megváltoztak, de nem, ez egy nagyon globális dolog” – mondta Eli Eisenberg társszerző, a Tel Avivi Egyetem fizikusa, akinek kutatása az RNS-re összpontosít.

A csapat megállapította, hogy szinte minden változás a hideg miatt következett be. Ezek közé a változások közé tartoztak azok, amelyek a sejtmembránokban részt vevő fehérjék specifikus osztályait kódolják, a szinapszis funkciókat (amelyek idegi jeleket továbbítanak), az autofágiát (programozott sejthalál) és a kalciumkötést (amely különféle szerepet játszik a neuronokon belül). A kutatók megerősítették, hogy a módosított RNS által létrehozott izoformák megváltoztatták a funkciókat, de „még nem tudjuk, hogy ez a több ezer változás, vagy néhányuk hogyan segíti elő az alkalmazkodást” – mondja Eisenberg. „A szertartásban bekövetkezett változások globális hatásának megértése a jövőbeli tanulmányokra van bízva.”

Végül a csapat vadon élő polipokat is gyűjtött – köztük egy másik, közeli rokon fajt, Verrill kétpettyes polipját (Octopus Bimaculatus) – nyáron és télen. A kutatók azt találták, hogy ezek az egyedek ugyanazokat a hőmérséklet-követő RNS-sel kapcsolatos változásokat mutatták, mint a kaliforniai kétpontos polipok, amelyeket a laboratóriumban teszteltek.

Az emberrel és más emlősökkel ellentétben a polipok nem tudják szabályozni saját hőmérsékletüket. A kutatók ezért azt gyanítják, hogy az RNS-szerkesztés szerepet játszik a gerinctelen neuronok hőmérséklet-ingadozásokkal szembeni védelmében. „Egy szervezet úgy dönt, hogy különböző izoformákat fejez ki, és mindegyik jobb a saját helyzetében” – mondja Eisenberg. „Egyetlen példa sincs arra, hogy ez emlősöknél fordulna elő.”

Heather Hundley, az Indiana University Bloomington biológusa, aki nem vett részt a kutatásban, „igazi erőműnek” nevezte az új lapot.

„Ez a munka hozzájárul a növekvő mennyiségű adathoz, amely azt mutatja, hogy az RNS-szerkesztés dinamikusan szabályozható” – mondja. „Míg a korábbi munkák elsősorban a fejlődés és a betegségek során történő szabályozásra összpontosítottak, ez a munka azt mutatja, hogy az RNS-szerkesztés molekuláris módszerként szolgálhat a fehérjefunkciók adaptálására a hőmérséklet környezeti változásaira válaszul.”

Rosenthal, Eisenberg és munkatársai azt tervezik, hogy folytatják az ilyen típusú vizsgálatokat olyan további tényezők vizsgálatával, amelyek a fehérjetermelés megváltozásához vezethetnek, mint például a pH és az oxigénszint vagy a társadalmi környezet. „Mennyire széles ez az alkalmazkodóképesség az RNS-szerkesztés révén?” mondja Rosenthal. – Nagyon sok érdekes munka vár még ránk.