Генетическая стратегия осьминогов и кальмаров не вписывается в животные стандарты

Высшие головоногие моллюски в очередной раз подтверждают свою «инопланетность» в сравнении с остальными жителями Земли. Если большинство животных эволюционируют, полагаясь на мутации ДНК, то осьминоги, кальмары и каракатицы предпочитают изменениям генома редактирование РНК! О преданном копировании информации с ДНК на РНК – генетической основе дарвиновской эволюции – они и слышать не желают: согласно новому исследованию, редактированию у них подвергаются больше половины молекул РНК, скопированных с генов. И возможно, именно поэтому они такие умные.

Doryteuthis pealeii
Кальмар Doryteuthis pealeii не вписывается в животные стандарты. Слишком милый. Фото: Laptew Productions.

Все инструкции, которыми руководствуется физиология, зашифрованы в ДНК – гигантской молекуле из двух цепочек нуклеотидов, основой которых являются азотистые основания – аденин, цитозин, гуанин и тимин. Чтобы по этим инструкциям создавать белки, необходимы посредники – матричные РНК, одноцепочечные молекулы, которые копируются с отдельных фрагментов ДНК в процессе транскрипции. Затем эти РНК сами служат матрицами для сборки белков из аминокислот в процессе трансляции. А белки уже выполняют всю дальнейшую работу в организме.

Но иногда РНК, прежде чем послужить матрицей для синтеза белков, претерпевают изменения. Некоторые из них масштабны: крупные секции выпадают, а оставшиеся кусочки склеиваются. Другие точечны: например, аденин в цепочке заменяется на инозин (функциональный эквивалент гуанина) – самый распространенный вариант таких изменений. Это и есть редактирование РНК. Белки, которые синтезируются на отредактированных РНК, будут, разумеется, отличаться от предписанных ДНК. И работать они будут по-другому. Или не будут вовсе.

В клетках обычных животных редактирование РНК, значимое для производства функциональных белков, происходит очень редко. У человека, например, редактирование затрагивает всего около 3 % РНК, причем только несколько десятков участков РНК во всем геноме претерпевают значимые точечные изменения, и в целом эти изменения не носят адаптивный характер. А вот у кальмара Doryteuthis pealeii редактирование РНК затрагивает более 57 тысяч участков, важных для белкового синтеза! Схожая динамика выявлена у двух осьминогов (Octopus vulgaris и O. bimaculoides) и у лекарственной каракатицы (Sepia officinalis) – от 80 до 130 тысяч участков РНК подвергаются активному редактированию. Меж тем у их дальнего головоногого родственника Nautilus pompilius и у брюхоногого заднежаберного моллюска Aplysia californica уровень редактирования РНК значительно ниже.

Тут важно отметить, что большинство РНК, которые редактируются у высших головоногих, кодируют белки нервных клеток. У наутилусов подобного нет, это древние создания, и их поведение, управляемое незамысловатым мозгом, ничем особо не примечательно – просто плавают, влекомые течениями, или ползают по дну, не связанные ни одной целью. В то же время кальмары, каракатицы и тем более осьминоги демонстрируют удивительные интеллектуальные способности и высочайшую приспосабливаемость к условиям среды. Случайно ли? Возможно, именно неистовое редактирование РНК обеспечивает им эти восхитительные свойства.

Octopus-bimaculoides
Калифорнийский двупятнистый осьминог (Octopus bimaculoides) – первый и пока единственный головоногий моллюск, у которого секвенирован геном. Скриншот из видео.

Что еще интересно, около тысячи участков, характеризующихся активным редактированием, встречаются у всех четырех исследованных видов высших головоногих (для сравнения: всего 25 таких участков или около того являются общими для всех млекопитающих). И эта тысяча, очевидно, сохраняется у них в течение сотен миллионов лет общей эволюции. Это говорит о крайней важности данных участков, как и о важности самого процесса редактирования РНК в их жизни.

Вообще, консервативность генома у этих головоногих доведена до крайности, но это вполне объяснимо. Ферменты ADAR, осуществляющие замену аденина на инозин, крепятся к специфическим последовательностям РНК, находящимся рядом с местами будущих правок. Любая мутация в участках ДНК, кодирующих эти РНК-последовательности, приведет к тому, что фермент не узнает место посадки и ничего редактировать не станет. Во избежание такого развития событий ДНК осьминогов, кальмаров и каракатиц мутирует крайне слабо. Эволюция генома у них заметно ограничена в возможностях и идет намного медленнее, чем у остальных животных. Они пожертвовали геномной изменчивостью в пользу редактирования РНК. Можно сказать, что они нашли альтернативный способ эволюционировать.

Взамен геномной изменчивости они получили гибкость иного рода. Меняя РНК, а не ДНК, высшие головоногие более эффективно адаптируются к сиюминутным вызовам среды. Из одного и того же гена они могут извлечь белки, которые, скажем, будут лучше работать в условиях жары или, наоборот, холода. И эти изменения могут быть временными – их можно включать или выключать в зависимости от обстоятельств. С другой стороны, сложные мозги и поведение есть и у людей, которые редактированием РНК практически обделены, так что непонятно, в какой степени оно связано с интеллектуальным развитием головоногих. Почему только у них во всем животном царстве редактированию РНК уделено такое повышенное внимание?

Как бы там ни было, головоногая элитка не спешит делиться ответами на все многочисленные вопросы по поводу ее уникальности. Она вполне комфортно себя ощущает, двигаясь по альтернативной магистрали развития высокого интеллекта.


Текст: Виктор Ковылин. Научная статья: Cell (Liscovitch-Brauer et al., 2017)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вы хотите поделиться с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью – мы будем рады. Пожалуйста, не копируйте текст в соцсети целиком, мы хотим, чтобы наши статьи читали на нашем сайте, попутно замечая и другие наши прелестные статьи. С уважением, Батрахоспермум.

octobrain

Вас также могут заинтересовать статьи:
Пришелец в аквариуме: под приглядом октопуса
В поисках человеческих генов-печенек
Змеи против тритонов: генная война, которая старше их самих


Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение