Кальмари редагують РНК у тисячах місць і змінюють свої білки

Кальмари переписують інструкції зі складання своїх білків у масштабі, якого не досягає жодна інша відома тварина, і ці правки змінюють роботу білків. Група під керівництвом біологів із Каліфорнійського університету в Сан-Франциско описала це в довгоперого прибережного кальмара (Doryteuthis pealeii); робота вийшла в жовтні в журналі Cell.

Механізм називається редагуванням РНК за участі ADAR. ADAR — скорочення від «аденозиндезаміназа, що діє на РНК»: так називають родину ферментів, які замінюють окремі «літери» в РНК — тимчасовій копії гена, за якою клітина збирає білок. З того самого гена виходить інший білок, а ДНК лишається незмінною. Один зі співавторів спрощено порівнює це з тим, як надрукувати рецепт, а потім перед передачею пекареві замінити родзинки шоколадною крихтою.

Як дослідники вивчали правки

Люди й інші тварини теж редагують РНК, але колеоїдні головоногі — група, до якої належать кальмари, восьминоги та каракатиці, — роблять це значно активніше за решту. Попередні роботи пов'язували їхнє редагування зі зв'язком у нервовій системі, можливо, у відповідь на такі умови, як перепади температури. Досі про те, що правки роблять із самими білками, було відомо мало.

Дослідники вивчили протеом — повний набір приблизно з 24 000 білків — довгоперого прибережного кальмара. Вони проаналізували майже 8000 відредагованих ділянок у понад 2000 різних білків у двох тканинах: у зоровій частці мозку, що відповідає за зір і реакцію на побачене, та в зябрах — простішому органі дихання. У зоровій частці правки траплялися частіше й були складнішими. Це узгоджується з ідеєю, що потужна активність ADAR у головоногих і їхня складна нервова система, найскладніша серед безхребетних, виникли разом. Правки припадають на білок-кодувальні послідовності, а не на некодувальні ділянки геному.

Що змінюють правки

«Ми виявили вплив на активність білків, їхню стабільність, розташування в клітині й навіть на те, як вони взаємодіють з іншими білками. Наслідки сягають аж до регуляції здоров'я органел», — розповів ScienceAlert перший автор Джек Мун, клітинний і молекулярний біолог із UCSF. «Редагуючи РНК-інструкції для складання білків, ці тварини можуть отримувати білки з іншими властивостями, не змінюючи при цьому свою ДНК».

• Частина правок припадає на самі білки ADAR, що свідчить про спосіб, у який редактори можуть регулювати власну активність.
• Команда виявила 5000 коротких білків, яких немає ні в еталонному протеомі кальмара, ні в Swiss-Prot — курованій базі білків 14 000 організмів.
• Відредаговані білки можуть опинятися в іншому місці клітини, зміщуючись від периферії до ядра.
• Перекодування, можливо, робить мітохондрії кальмара — енергетичні органели клітини — більш схожими на людські: стійкішими до змінних умов і здатнішими до самоочищення та переробки.
• Воно, схоже, зачіпає й креатинові системи, які дають сплески енергії для швидких втеч від небезпеки та складної роботи мозку.

Звідки такі величезні числа

Оскільки кожна правка змінює одну основу й не зачіпає ДНК, шкідливі мутації нащадкам не передаються. Якщо врахувати всі ділянки, знайдені в даних секвенування РНК, каже Мун, теоретична кількість можливих варіантів білків становитиме близько 10²⁴⁸ — набагато більше за кількість атомів у Всесвіті. «Вони описують величезне потенційне розмаїття», — сказав Мун. Скільки з нього тварини реально використовують, поки невідомо.

Чому так роблять головоногі, а інші тварини ні, пояснено лише почасти: річ у будові їхніх ферментів ADAR та в інших причинах, які потребують подальших досліджень. Більше наукових новин — у розділі «Наука».