Кальмары обладают непревзойденной способностью изменять генетическую экспрессию

Фото из открытых источников

Головоногие моллюски, такие как кальмары, возможно, являются наиболее близкими к инопланетному разуму существами, о которых нам когда-либо известно, и имеют разнообразную эволюционную линию, происходящую из совершенно другого мира под водой.

Однако, несмотря на уникальное развитие нашего мозга и тела, мы все находимся в процессе постоянного совершенствования, и все мы проходим через общий этап. 

У людей и других животных постоянно происходит эфемерное, обратимое транскриптомное перемешание посредством так называемого «аденозин-дезаминазы, действующей на РНК» или ADAR-опосредованного редактирования РНК.

Проще говоря, это как распечатать рецепт, но заменить изюм шоколадной крошкой непосредственно перед тем, как передать его пекарю.

Ни одно другое существо, возможно, не делает это так же хорошо, как головоногие моллюски семейства Coleidae, к которым относятся умные и мягкие кальмары, осьминоги и каракатицы, и это даже близко не сравнимо. 

Новое исследование показывает, что РНК этих головоногих моллюсков, по-видимому, более податлива, чем редактор персонажей в Skyrim, что приводит к изменению белков, которые иногда в необычайных масштабах усиливают биологические способности. 

В исследовании, опубликованном в журнале Cell, группа ученых под руководством биоученых из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) изучила протеом — полный набор примерно 24 000 белков — длинноперого прибрежного кальмара ( Doryteuthis pealeii ), чтобы выяснить, к чему именно приводят эти изменения.

Самым большим сюрпризом, пожалуй, стал масштаб последствий внесенных изменений.

«Мы обнаружили влияние на активность, стабильность, локализацию белков и даже на то, как они взаимодействуют с другими белками. Последующие эффекты заходят так далеко, что регулируют состояние органелл», — рассказал соавтор исследования Джек Моэн из Калифорнийского университета в Сан-Франциско. «Редактируя инструкции РНК, используемые для создания белков, эти животные могут производить белки с различными свойствами, не изменяя при этом свою ДНК».

До этой работы об этих изменениях было известно сравнительно мало. Однако, как утверждают исследователи в статье, ранее было показано, что они влияют на коммуникацию в центральной нервной системе, возможно, в ответ на условия окружающей среды или физиологические факторы, такие как колебания температуры.

Чтобы выявить дополнительные эффекты, они исследовали почти 8000 участков, где происходила модификация белков в более чем 2000 различных белках зрительного нерва и жабр кальмара. Это позволило сравнить активность редактирования РНК в сложном мозге кальмара с активностью в более «уборочном» органе дыхания.

Зрительная доля, отвечающая за восприятие окружающего мира и реагирование на него, составляет значительную часть центральной нервной системы кальмара и демонстрирует частую и более сложную активность по коррекции зрения.

Это может быть логично, поскольку головоногие моллюски обладают наиболее развитой способностью к редактированию ADAR и наиболее сложной нервной системой среди беспозвоночных — особенностями, которые, как предполагают исследователи, возникли одновременно.

Важно отметить, что подобные изменения происходят в кодирующих белки последовательностях, а не в некодирующих белки «мусорных» участках генома.

Некоторые из этих изменений происходят в белках ADAR, поскольку сами молекулярные компоненты претерпевают модификации, обеспечивая определенный уровень генной балансировки или саморегуляции.

«Еще один результат, который нас поразил, — это потенциальная возможность создания новых белковых последовательностей», — добавляет Моэн, отмечая, что им удалось идентифицировать 5000 коротких белков, которых не было в эталонном протеоме кальмара или в эталонной базе данных Swiss-Prot, содержащей информацию о 14 000 организмах.

В процессе редактирования изменяется и местоположение белков; их измененные формы перемещаются с окраин клеток к ядру, или клеточному центру.

Перекодирование этого белка может изменить работу органелл (клеточных аналогов органов), таких как митохондрии, и даже те, кто дремал на физиотерапии, знают, что это важнейшие «энергетические станции» клетки, вырабатывающие энергию.

На самом деле, исследователи обнаружили, что такое перепрограммирование может сделать митохондрии кальмаров более похожими на митохондрии человека: более устойчивыми к воздействию окружающей среды и лучше способными к самовосстановлению. 

Аналогичным образом, перекодирование, по-видимому, также влияет на их креатиновую систему, обеспечивая всплески энергии, характерные для кальмаров, для маневров уклонения или других сложных мозговых процессов.

Удивительно, но всё это происходит путём редактирования одной основы за раз. В этом-то и вся суть, потому что это не меняет основной план ДНК и не приводит к потенциальной передаче вредных мутаций.

В целом, результаты показывают, что головоногие моллюски еще более инопланетны, чем мы считали, обладая беспрецедентным уровнем генетической гибкости.

Но почему это относится к головоногим моллюскам, а не к другим животным?

Это связано со структурой ферментов ADAR, а также с другими причинами, требующими дополнительных исследований, объясняет Моэн.

Теоретические возможности ошеломляют и выходят за рамки астрономических масштабов: вариантов белков больше, чем всех звезд, планет и облаков сверхвысокого содержания спирта во Вселенной вместе взятых.

«Если мы рассмотрим все участки, идентифицированные в данных секвенирования РНК, то теоретическая оценка приблизится к 10²⁴⁸», — сказал Моэн.

Это более чем на 100 порядков величины больше, чем все атомы во Вселенной.

Таким образом, это отражает фундаментальную двойственность между природным потенциалом и реальностью.

«Они описывают огромный потенциал разнообразия, — сказал Моэн. — Сколько именно этого разнообразия животные фактически производят, остается неизвестным».