Кальмары правят РНК в тысячах мест и меняют свойства своих белков

Кальмары переписывают инструкции по сборке своих белков в масштабе, с которым не сравнится ни одно другое известное животное, и эти правки меняют работу белков. Группа под руководством биологов из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) описала это у кальмара-прибрежника Doryteuthis pealeii; работа вышла в октябре в журнале Cell.

Механизм называется редактированием РНК с участием ADAR. ADAR — сокращение от «аденозиндезаминаза, действующая на РНК»: так называют семейство ферментов, которые заменяют отдельные «буквы» в РНК — временной копии гена, по которой клетка собирает белок. Из одного и того же гена получается другой белок, а ДНК остаётся прежней. Один из авторов упрощённо сравнивает это с тем, как если напечатать рецепт, а затем перед передачей пекарю заменить изюм шоколадной крошкой.

Как исследователи изучали правки

Люди и другие животные тоже редактируют РНК, но колеоидные головоногие — группа, куда входят кальмары, осьминоги и каракатицы, — делают это гораздо активнее остальных. Прежние работы связывали их редактирование со связью в нервной системе, возможно, в ответ на такие условия, как перепады температуры. До сих пор о том, что правки делают с самими белками, было известно мало.

Исследователи изучили протеом — полный набор примерно из 24 000 белков — кальмара-прибрежника. Они проанализировали почти 8000 отредактированных участков в более чем 2000 разных белков в двух тканях: в зрительной доле мозга, которая отвечает за зрение и реакцию на увиденное, и в жабрах — более простом дыхательном органе. В зрительной доле правки встречались чаще и были сложнее. Это согласуется с идеей, что мощная активность ADAR у головоногих и их сложная нервная система, самая сложная среди беспозвоночных, возникли вместе. Правки приходятся на белок-кодирующие последовательности, а не на некодирующие участки генома.

Что меняют правки

«Мы обнаружили влияние на активность белков, их стабильность, расположение в клетке и даже на то, как они взаимодействуют с другими белками. Последствия доходят до регуляции здоровья органелл», — рассказал ScienceAlert первый автор Джек Мун, клеточный и молекулярный биолог из UCSF. «Редактируя РНК-инструкции для сборки белков, эти животные могут получать белки с другими свойствами, не меняя при этом свою ДНК».

• Часть правок приходится на сами белки ADAR, что говорит о способе, которым редакторы могут регулировать собственную активность.
• Команда выявила 5000 коротких белков, которых нет ни в эталонном протеоме кальмара, ни в Swiss-Prot — курируемой базе белков 14 000 организмов.
• Отредактированные белки могут оказываться в другом месте клетки, смещаясь от периферии к ядру.
• Перекодирование, возможно, делает митохондрии кальмара — энергетические органеллы клетки — более похожими на человеческие: более устойчивыми к меняющимся условиям и лучше способными к самоочистке и переработке.
• Оно, по всей видимости, затрагивает и креатиновые системы, которые дают всплески энергии для быстрых уходов от опасности и сложной работы мозга.

Откуда такие огромные числа

Поскольку каждая правка меняет одно основание и не затрагивает ДНК, вредные мутации потомству не передаются. Если учесть все участки, найденные в данных секвенирования РНК, говорит Мун, теоретическое число возможных вариантов белков составит около 10²⁴⁸ — намного больше числа атомов во Вселенной. «Они описывают огромное потенциальное разнообразие», — сказал Мун. Сколько из него животные реально используют, пока неизвестно.

Почему так делают головоногие, а другие животные нет, объяснено лишь отчасти: дело в строении их ферментов ADAR и в других причинах, которые требуют дальнейших исследований. Больше научных новостей — в разделе «Наука».