Осьминоги разработали совершенно уникальный способ быстрой адаптации к окружающей среде. Может быть, именно это и сделало их такими умными.
У осьминога большая часть редактирования РНК происходит в самих генах - и это изменяет эволюцию осьминога особым образом.
У большинства организмов новые варианты белков возникают в результате мутаций в ДНК генов. Если измененный белок обеспечивает свойства, которые улучшают размножение и выживание организма, мутация может быть передана следующему поколению. Так способность распространяется в пределах вида. Мутации способствуют генетической коррекции. Она нужна для адаптации вида через естественный отбор, который является самим двигателем самой эволюции.
Но исследования, проведенные исследовательской группой, показывают, что в областях ДНК, окружающих участки, где происходит РНК редактирование, произошло мало мутаций. Это консервативные генные последовательности. Исследователи также показали, что относительно большая часть точек редактирования РНК по мере развития была сохранена и перенесена на новые виды.
Поскольку существует очень много точек редактирования РНК, то часть осьминога «защищена» от мутаций. Это ограничивает способность осьминога адаптироваться с помощью естественного отбора. Эволюция осьминогов просто замедляется. Несмотря на этот очевидный недостаток, осьминог, похоже, «контролирует» РНК редактирование.
Что же тогда дает преимущества, которые эволюция не может предложить? Ответ, вероятно, из-за разнообразия вариантов белка, которые производит РНК редактирование.
Может случиться так, что РНК редактирование используется вместо мутаций в ДНК, как альтернативный вариант. Осьминоги просто пробуют несколько разных вариантов белка одновременно, увеличивая тем самым скорость эволюции, не рискуя разрушительными постоянными изменениями в ДНК.
Нервная система и связь с РНК-редактированием
Улучшение и уточнение видов разнообразия с использованием дополнительных данных может дать ценное представление о механизмах и функциях редактирования РНК в головоногих нервных системах. Генерация и анализ баллов разнообразия по конкретным нервным тканям (текущие данные объединены по нескольким нейронным тканям) могут дать представление об изменениях в редактировании РНК и разнообразии белков в тканях.
Другим направлением является сбор большего объема данных по редактированию РНК по нескольким особям для каждого вида головоногих. Эти данные помогут установить надежные схемы редактирования и разнообразие и прояснить внутривидовые различия в редактировании РНК и разнообразии белков. Другим важным компонентом общего разнообразия, создаваемого редактированием РНК, является временное разнообразие, или вариативность вырабатываемых белков во времени в зависимости от различных условий окружающей среды или стадий развития.
Такое разнообразие может обеспечить организмам большую гибкость в адаптации к изменяющейся среде, но в настоящее время не учитывается в баллах разнообразия из-за отсутствия данных по редактированию РНК в разные периоды времени. Получение таких данных и разработка показателя временного разнообразия может помочь прояснить функцию редактирования РНК в адаптации и развитии окружающей среды. Кроме того, текущие расчеты предполагают независимость между местами редактирования в одном транскрипте РНК, поскольку балл разнообразия представляет собой теоретический максимум комбинаторного разнообразия.
Однако в ходе предыдущего исследования была выявлена существенная связь между объектами редактирования в Дрозофиле и головоногими. Включение этих корреляций между правками в один транскрипт может улучшить показатель разнообразия, чтобы лучше отразить реализованное разнообразие белков. Таким образом, разрабатывается показатель разнообразия, который количественно оценивает комбинаторное разнообразие белков, созданное редактированием РНК головоногих. Полученные результаты свидетельствуют о связи между редактированием РНК и развитием нервной системы, в частности, разработкой нейронных проекций и рекомендаций, а также выявляют очень разнообразные гены в качестве кандидатов для будущих исследований. В более общем плане, эти результаты подтверждают функциональную значимость редактирования РНК головоногих и позволяют предположить, что дальнейшие исследования этого явления могут помочь в выявлении механизмов, лежащих в основе их нейронной и поведенческой сложности.
Смещение нуклеотидного состава
Результаты в отношении смещения нуклеотидного состава и использования кодона показывают, что они в целом содержат информацию о редактировании, а несколько специфических сдвигов в редактируемых генах и колеидных транскриптомах соответствуют упрощению редактирования РНК. Эти изменения могут действовать совместно с ранее выявленными различиями в предпочтениях головоногих (по сравнению, например, с людьми).
Для облегчения редактирования РНК, а также влияния на результирующий тип аминокислотных замен, возможно снижать селективную стоимость редактирования РНК. Потенциально, начальные изменения в составе нуклеотидов и использовании кодонов способствовали редактированию РНК, что, в свою очередь, привело к дальнейшему избирательному давлению в пользу смещения использования кодона и изменений в составе нуклеотидов, способствующих редактированию, создавая положительный цикл обратной связи, который мог вызвать развитие широкого редактирования РНК в головоногих.
Уменьшение соотношения ПДУ, указывает на более сильный отбор очистки на уровне аминокислот, и обнаружились явные предпочтения аминокислот при редактировании РНК головоногих, отдавая предпочтение консервативным, а не радикальным заменителям. Эти изменения в перекодировании аминокислот могут быть результатом предшествующих изменений в содержании нуклеотидов и отклонений в использовании кодеонов, что может потребовать дополнительной проверки. Анализ предпочтений и их связи с нуклеотидным составом, смещением использования кодона и перекодированием аминокислот в будущем может проверить эти потенциальные сценарии и потенциально помочь раскрыть тайну происхождения широко распространенного адаптивного редактирования РНК головоногих.
Экстренные мутации
Если это правда, то дает огромное преимущество перед обычной эволюцией. Использовать разные варианты белка в разных ситуациях и условиях для достижения немедленной адаптации. Такая способность определенно лучше, чем адаптации, возникающие в результате естественного отбора. Вы не можете менять их экстренно.
Есть доказательства того, что осьминоги могут быть адаптироваться к окружающей среде с помощью редактирования РНК.
Два исследователя из Университета Пуэрто-Рико сравнили ряд генов у двух видов осьминогов, один из которых обитает в тропических водах, а другой - в Антарктическом океане. Рассматриваемые гены кодируют белки, содержащиеся в ионных каналах в клеточных стенках. Каналы необходимы для связи ячеек.
Ионные каналы очень чувствительны к температуре, и, поскольку осьминог происходит из теплых морей, наблюдается четкая адаптация к жизни в более холодной воде.
Но исследователи не нашли таких корректировок. Гены, кодирующие белки канала, практически идентичны у двух видов осьминогов. Вы, наверное, уже разобрались с решением этой загадки. Просто это: РНК-редактирование. Благодаря этому процессу осьминог может точно настроить функцию белковых каналов, так что связь между нервными клетками работает предсказуемо при различных температурах воды.
