Международная группа исследователей из Израиля, США и Пуэрто-Рико обнаружила, что головоногие моллюски, например осьминоги, кальмары и каракатицы, часто используют редактирование РНК, чтобы отрегулировать или изменить состав синтезируемых белковых молекул.
Новая работа логически продолжает более ранние исследования, в ходе которых редактирование РНК рассматривалось как механизм для получения новых белков в мозге кальмаров и осьминогов при изменениях в окружающей среде. Теперь учёные сравнили соответствующие фрагменты ДНК и РНК шести видов головоногих: осьминогов Octopus vulgaris и O. bimaculoides, кальмара Doryteuthis pealeii, каракатицы Sepia oficianalis и двух более примитивных представителей класса, моллюсков наутилуса и морского зайца. После секвенирования и отсеивания тех фрагментов, которые могли быть связаны с ошибками при транскрипции, учёные получили РНК, которую можно было рассматривать как продукт редактирования. Эти фрагменты изучили более тщательно, с использованием протеомного анализа на основе спектрометрии, секвенирования РНК, полученной из различных тканей головоногих, а также при помощи функциональных экспериментов и селективного анализа.
Как сообщается в исследовании, опубликованном в журнале Cell, авторам работы удалось установить, что посттранскрипционное редактирование РНК влияет на значительный процент генов головоногих. Редактирование РНК более активно идёт в тканях нервной системы, а также в РНК, которая связана с генами, окружающими консервативные последовательности. Исследователи подчёркивают, что, судя по полученным результатам, головоногие могут использовать активное редактирование РНК как альтернативу геномной эволюции. Последняя предполагает изменения непосредственно в ДНК.
«В общем случае, это способ синтеза белков, не закодированных в ДНК, белков, которых нет в геноме, — рассказывает один из авторов работы Эли Эйзенберг (Eli Eisenberg), биофизик и специалист по нейронаукам из Тель-Авивского университета (ивр. אוניברסיטת תל אביב) — Но у головоногих это не исключение, это правило. Правило, гласящее, что большая часть белков синтезируется в отредактированном варианте. Мы знаем, что у этого явления есть цена — замедление эволюции генома. — Головоногие, возможно, решили договориться с РНК, в то время как позвоночные сделали другой выбор — геномную эволюцию вместо редактирования РНК».
У позвоночных редактирование РНК встречается относительно редко. А вот беспозвоночные головоногие способны извлечь аденозин из информационной РНК и заменить его инозином при помощи специального фермента.
«Поскольку в процессе синтеза белков инозин распознаётся как гуанозин, — пишут авторы, — этот процесс помогает изменять кодоны и тонко настраивать работу белков».
На основе полученных данных, исследователи смогли прийти к выводу, что редактирование РНК «особенно распространено у головоногих, отличающихся сложным поведением. [У них] обнаружены десятки тысяч точек приложения этого механизма». Однако пока не вполне ясно, в какой мере смекалка, ловкость и способность к нетривиальным социальным взаимодействиям, характерная для таких головоногих, являются следствием редактирования РНК.
«Для всех головоногих со сложным поведением характерно активное редактирование РНК, особенно в нервной системе, — рассказывает Джошуа Розенталь (Joshua Rosenthal), специалист по нейробиологии головоногих, работающий в Университете Пуэрто-Рико (исп. Universidad de Puerto Rico; UPR). — Редактирование РНК — это изящный способ добавить гибкости вашему геному, но очень трудно определить, когда и как оно используется».