Кальмары перекодировали РНК за пределами клеточного ядра (инфографика)
Кальмары Doryteuthis pealeii способны менять последовательность нуклеотидов в РНК не только в ядрах клеток, но и в аксонах — длинных отростках нейронов, по которым передаются нервные импульсы. Более того, в аксонах этот процесс идет интенсивнее, чем в телах клеток. Вероятно, это позволяет моллюскам осуществлять очень тонкую настройку работы нервной системы. Статья опубликована в Nucleic Acids Research.
Гены кодируют белки, но информация о последовательности аминокислот в белках берется не напрямую с ДНК, а от РНК. Можно считать информацию с одного участка ДНК, создать на ее основе несколько копий РНК, а затем немного изменить каждую из них так, чтобы они больше не совпадали друг с другом. Затем, когда эти РНК попадут в рибосомы, те произведут неодинаковые молекулы белков. Это позволяет расширить множество белков, которые способна синтезировать клетка, и вместе с тем оставить неизменной наследственную информацию.
Менять последовательность нуклеотидов в РНК могут все организмы, у которых есть фермент из группы аденозиндеаминаз, действующих на рибонуклеиновые кислоты (ADAR). Они превращают аденозин в инозин — нуклеозид, более близкий к гуанозину. В результате рибосома считывает другую информацию с РНК и создает белок с измененной последовательностью аминокислот. ADAR обладают многие животные, в том числе люди, но далеко не все рибонуклеиновые кислоты несут участки, с которыми мог бы связаться этот фермент.
Исключение — головоногие моллюски. У некоторых их видов почти половину РНК можно перекодировать с помощью ADAR. РНК, которые получается изменить таким образом, часто синтезируются в нервных клетках. Аденозиндезаминаза позволяет сделать работу нейронов более эффективной в условиях низких температур, но наверняка есть и иной биологический смысл перекодирования РНК в нервных клетках.
Сотрудники Лаборатории морской биологии Чикагского университета совместно с коллегами из Колорадского университета в Денвере и Тель-Авивского университета во главе с Джошуа Розенталем (Joshua Rosenthal) давно исследуют перекодирование РНК в нейронах головоногих. Их более ранние исследования были сфокусированы на изменении рибонуклеиновых кислот в ядрах нервных клеток. В новой работе они решили посмотреть, может ли аденозиндезаминаза действовать на РНК за пределами ядер.
Чтобы проверить это, ученые использовали кальмаров Doryteuthis pealeii. В 1930-х годах Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли установили механизм передачи нервного импульса по аксонам (длинным отросткам нейронов) этих же моллюсков. Теперь биологи с помощью вестерн-блоттинга, иммуногистохимии и транскриптомики определили, в каких тканях кальмара присутствует ADAR и каков процент замен аденозина на инозин в различных частях тела и даже отдельных клеток животного.
Частота замены аденозина на инозин в различных структурах нервной системы кальмара и в его сердце. OL — зрительная доля; SG — звездчатый ганглий; SN — мелкие нервные волокна; GA — гигантский аксон; AP — аксоплазма; HE — сердце. AD — аденозиндезаминаза, положительный контроль. В зрительных долях, звездчатых ганглиях и сердце содержатся как аксоны нейронов, так и их тела с ядрами Isabel C. Vallecillo-Viejo et al. / Nucleic Acids Research, 2020
Оказалось, что аденозиндезаминаза есть не только в телах нейронов, где расположены ядра этих клеток, но и в аксонах. РНК в них часто бывают перекодированы. Это касается не только гигантских аксонов, но и близлежащих отростков других нейронов более скромных размеров. Притом доля измененных рибонуклеиновых кислот в разных частях тела кальмара неодинакова. В аксонах этот процесс, как правило, идет даже интенсивнее, чем в ядрах нервных клеток.
Аргумент в пользу того, что РНК перекодируются на месте, а не обрабатываются в ядре и оттуда направляются в аксон, заключается в том, что у рибонуклеиновых кислот в аксонах и ядрах в ряде случаев изменены неодинаковые участки. Однако нет полной гарантии, что РНК попадает в отростки нейронов неизменной. Механизм регуляции работы ADAR в различных частях клеток и различных органах кальмара еще предстоит выяснить.
Также стоит узнать, не происходит ли перекодирования РНК у других животных. Авторы работы отмечают, что один из вариантов аденозиндеаминаз, действующих на рибонуклеиновые кислоты, есть и в цитоплазме клеток млекопитающих, но пока никто не проверял, работает ли он там.
В последние годы головоногих моллюсков все чаще используют в качестве лабораторных животных. Во многих аспектах когнитивной деятельности они не уступают мышам и даже крысам, хотя нервная система беспозвоночных развивалась по совершенно иному пути.
Isabel C. Vallecillo-Viejo et al. / Nucleic Acids Research, 2020
