章鱼编辑它们自己的基因密码来适应更冷的水

当温度下降时，章鱼重新编码它们的在数千个地方的RNA来改变在它们的神经细胞中制造的蛋白质。

新科学家 By Jacklin Kwan

8 June 2023

Life

重新编码它们的蛋白质可能帮助章鱼对温度变化调整。D.J. Schuessler Jr/Shutterstock

章鱼能通过调整它们的基因密码来改变在它们的神经细胞中弄成的蛋白质适应温度中的变化。

先前的研究已经建立头足类动物如鱿鱼和章鱼拥有一种无与伦比的来编辑它们的RNA的能力。这些“信使”分子将基因指令的一个副本从DNA带到细胞蛋白质被制造的部分。但不清楚为什么这些动物这样做或它有什么影响。

马萨诸塞州伍兹霍尔海洋生物实验室的约书亚·罗森塔尔（Joshua Rosenthal）和他的同事测试了加利福尼亚双斑章鱼（Octopus bimaculoides）怎样响应水箱中水温的变化。

他们对一组逐渐将温度移变到13摄氏度（55华氏度）左右，对另一组移变到22摄氏度（72华氏度）。在更冷的水箱中章鱼对它们的RNA做出了13000多次编辑，导致结果的蛋白质中的变化。 

罗森塔尔说，“来认为它们正在做这个来适应一个变化的环境是诱人的，这就是我们证明它们能做到这一点的地方，至少对一种环境条件即温度”。

许多动物包括人类有能交换RNA中字母来改变这些指令的酶。然而，对于大多数动物，大多数编辑发生在非编码RNA即没有被翻译成蛋白质的RNA中，这些编辑可能仍然以其他方式是有用的，例如，它们能影响我们免疫系统中的细胞怎样发展或激活。 

以色列特拉维夫大学的爱丽艾森伯格说，“关于头足类动物有趣的是它们以一个远高于任何其它物种或我们知道的任何其它动物家族的幅度再编码蛋白质”，他也参与了这项研究。他说这个的原因是完全的不知道的。

在响应温度中被显著改变的两种蛋白质是动素-1 （kinesin-1）和突触结合素，它们都对神经系统的功能是至关重要的。

动素-1负责跨神经元内的长微管运输化学货物，这些能延伸至一米长。随它们旅行，动素看起来像是它们正在用微小脚走路一样。RNA编辑改变了动素的它与微管相连地方的“脚”，使它在更低温度下旅行的更慢。

突触结合素被发现在叫突触的神经元之间的连接处，在那里它感知钙水平并触发从一个细胞释放到另一个细胞的化学信息。RNA编辑造成了突触结合素蛋白在更低温度下对钙有一个更低亲和力。

艾森伯格说，来知道这些变化怎样可能使章鱼更好地适应到寒冷还为时过早。  数以千计的蛋白质在寒冷和温暖中是不同的，因此要了解它们怎样都协同工作来给章鱼对温度变化的弹性是非常复杂的。

     然而，研究人员认为变化发生的时间尺度提示这些修改更好适合季节性温差，而不是突然变化，例如那些被水流造成的。

加州斯坦福大学的李金比利说，这些变化背后的确切驱动者仍然是一个秘密。  我认为公平地说我们不知道为什么依靠温度变化发生的机制。

 期刊参考：Cell DOI: 10.1016/j.cell.2023.05.004

https://www.newscientist.com/article/2377527-octopuses-edit-their-own-genetic-code-to-adapt-to-colder-water/