Когда температура воды меняется, молекулярные моторы головоногих моллюсков тоже изменяются

Apr 21, 2023

Головоногие — большое семейство морских животных, в которое входят осьминоги, каракатицы и кальмары. Они живут в каждом океане, от теплых мелких тропических вод до почти замерзающих абиссальных глубин. Что еще более примечательно, как сообщают в новом исследовании двое ученых из Калифорнийского университета в Сан-Диего, по крайней мере некоторые головоногие моллюски обладают способностью перекодировать белковые моторы внутри клеток, чтобы адаптироваться «на лету» к различным температурам воды.

В статье журнала Cell от 8 июня 2023 года первый автор Кавита Дж. Ранган, доктор философии, постдокторант в лаборатории старшего автора Самары Л. Рек-Петерсон, доктора философии, профессора кафедры клеточной и молекулярной медицины Калифорнийского университета. Медицинская школа Сан-Диего, клеточная биология и биология развития Калифорнийского университета в Сан-Диего и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза описывают, как опаловый прибрежный кальмар (Doryteuthis opalescens) использует перекодирование РНК для изменения аминокислот на уровне белка, улучшая функцию молекулярных моторы, которые выполняют разнообразные функции внутри клеток в более холодных водах.

Перекодирование РНК позволяет организмам редактировать генетическую информацию из геномного проекта для создания новых белков. Этот процесс редко встречается у людей, но часто встречается у мягкотелых головоногих моллюсков, таких как D. opalescens, совершающих сезонные нерестовые миграции вдоль побережья Сан-Диего.

«Головоногие моллюски, такие как D. opalescens, примечательны своей крупной нервной системой, нововведениями в организме и сложным поведением», — сказал Ранган, — «и широкое использование ими перекодирования РНК подняло много вопросов о том, как этот процесс может быть вовлечен в реакцию на сигналы окружающей среды, такие как температура. "

В новом исследовании Ранган и Рек-Петерсон изучили изменения в паре белков в клетках кальмара, которые служат молекулярными моторами, транспортирующими различные внутриклеточные грузы по клеточным магистралям, называемым микротрубочками. В частности, исследователи сосредоточились на молекулярных моторных белках, называемых кинезином и динеином, которые играют фундаментальную роль в транспортировке внутри всех клеток, включая нейроны. У людей мутации обоих моторов связаны с нейродегенеративными заболеваниями.

Работая с живыми птенцами кальмаров в Океанографическом институте Скриппса, Ранган обнаружил, что кодирование кинезина у животных увеличивается, когда они испытывают более низкую температуру океанской воды. Затем Ранган воссоздал перекодированные белки кинезина, используя технологию рекомбинантной ДНК и биохимию. Затем она измерила движение отдельных моторных молекул с помощью современной световой микроскопии и обнаружила, что перекодированные кинезиновые моторы лучше функционируют при низких температурах.

«Работа предполагает, что кальмары могут на лету настраивать свой протеом (весь набор белков организма) в ответ на изменения температуры океана», — сказал Рек-Петерсон. «Можно предположить, что это позволяет этим морским эктотермам — животным, которые зависят от внешних источников тепла тела — выживать и процветать в широком диапазоне температур океана».

Ученые также обнаружили, что перекодирование РНК различается в разных тканях, создавая новые варианты кинезина с различными свойствами движения.

«Эта работа подтверждает идею о том, что перекодирование у головоногих важно для динамической настройки функции белка для поддержки физиологических потребностей и адаптации к изменяющимся условиям окружающей среды», — сказал Рек-Петерсон. «Эти животные применяют совершенно уникальный подход к адаптации к окружающей среде».

Ранган сказал, что результаты также позволяют предположить, что «эдитом» кальмара может быть ценным ресурсом для выявления областей молекул, которые поддаются пластичности или изменениям. В настоящее время она разрабатывает базу данных, которая включает в себя все данные о кальмарах при разных температурах океана.

«В высококонсервативных белках, таких как кинезин и динеин, сайты перекодирования головоногих моллюсков могут указывать на упущенные из виду остатки функционального значения, — сказал Ранган, — и это имеет более широкое значение для понимания основных функций белка, а также для разработки белков со специфическими функциями. Головоногие моллюски, возможно, смогут показать нам, куда смотреть и какие изменения следует внести».