鱿鱼在数千个位点编辑RNA,重塑自身蛋白质
鱿鱼改写蛋白质构建指令的规模,是目前已知的其他动物都无法比拟的,而且这些编辑会改变蛋白质的功能。由加州大学旧金山分校的生物科学家领导的团队,在长鳍近岸鱿鱼(Doryteuthis pealeii)中绘制了这一图谱;该成果于10月发表在《细胞》杂志上。
这一机制称为ADAR介导的RNA编辑。ADAR是作用于RNA的腺苷脱氨酶的缩写,这是一类能改变RNA中单个“字母”的酶家族;RNA是基因的临时拷贝,细胞通过读取它来构建蛋白质。结果是同一个基因产生出不同的蛋白质,而DNA保持不变。论文的一位合著者用简化的说法形容,这就像打印出一份食谱,然后在它送到面包师手中之前,把葡萄干换成巧克力豆。
研究团队如何观察这些编辑
人类和其他动物也会编辑RNA,但包括鱿鱼、章鱼和乌贼在内的coleoid头足类动物,编辑的程度远超其他任何生物。早前的研究曾把它们的编辑与神经系统中的通讯联系起来,可能是对温度变化等条件的响应。迄今为止,人们对这些编辑对蛋白质本身有何影响了解甚少。
研究人员检查了长鳍近岸鱿鱼的蛋白质组,即约24000种蛋白质的完整集合。他们在两种组织中研究了2000多种不同蛋白质上近8000个被编辑的位点:一种是视叶,即大脑中负责视觉及相关反应的部分;另一种是鳃,一种较为简单的呼吸器官。视叶显示出更频繁、更复杂的编辑,这与头足类动物强大的ADAR活性和其复杂的神经系统(无脊椎动物中最复杂的)共同出现的观点相吻合。这些编辑位于蛋白质编码序列中,而不是基因组的非编码区段。
这些编辑改变了什么
“我们发现了对蛋白质活性、稳定性、定位,甚至与其他蛋白质相互作用方式的影响。下游效应甚至延伸到调节细胞器的健康,”第一作者、加州大学旧金山分校的细胞与分子科学家杰克·莫恩(Jack Moen)对ScienceAlert说。“通过编辑用于制造蛋白质的RNA指令,这些动物可以产生具有不同特性的蛋白质,而这一切都无需改变它们的DNA。”
- 一些编辑位于ADAR蛋白本身,这表明编辑者有一种调节自身活性的方式。
- 团队鉴定出5000种短蛋白质,它们既不在鱿鱼的参考蛋白质组中,也不在Swiss-Prot中;Swiss-Prot是一个涵盖14000种生物的经人工审编的蛋白质数据库。
- 被编辑的蛋白质可能最终出现在细胞中的不同位置,从外围移向细胞核。
- 重编码可能使鱿鱼的线粒体(细胞的产能细胞器)更像人类的线粒体:在变化的条件下更稳定,并且更擅长自我回收。
- 它似乎还影响肌酸系统,该系统为快速逃逸动作和高强度的大脑处理提供爆发性能量。
为什么数字如此庞大
由于每次编辑只改变一个碱基而不触及DNA,因此不会把有害突变传给后代。莫恩说,如果把RNA测序数据中发现的所有位点都计算在内,蛋白质可能变体的理论数量约为10248,远远超过宇宙中的原子数。“它们描述了巨大的潜在多样性,”莫恩说。这些动物实际产生了其中多少多样性,目前仍不清楚。
头足类动物为何这样做而其他动物不这样做,目前只得到部分解答:原因在于它们ADAR酶的结构以及其他需要更多研究的因素。更多科学报道,请见我们的科学栏目。