罕見！研究發現：章魚通過編輯RNA調整大腦以適應溫度變化
章魚不會調節體溫，所以它們強大的大腦暴露在溫度變化中，并會受到其威脅。研究人員在6月8日的細胞出版社（Cell Press）旗下期刊Cell（《細胞》）上報告說，雙斑章魚在溫暖和涼爽的條件下通過產生不同的神經蛋白來適應季節性的溫度變化。章魚通過編輯它們的RNA （DNA和蛋白質之間的信使分子）來實現這一點。這種重新布線可能會保護它們的大腦，研究人員懷疑這種不尋常的策略在章魚和魷魚中被廣泛使用。
“我們通常認為我們的遺傳信息是固定的，但環境會影響編碼蛋白質的方式，在頭足類動物中，這種情況會大規模發生。”美國馬薩諸塞州伍茲霍爾海洋生物實驗室的通訊作者Joshua Rosenthal 說。
DNA突變允許生物體在幾代的過程中適應環境變化，與之相比，RNA編輯為個體適應環境變化提供了一種暫時而靈活的方式。RNA編輯發生在整個生命之樹上，但除了像章魚和魷魚這樣的軟體頭足類動物，RNA重新編碼——當編輯改變了隨后的蛋白質結構——卻非常罕見。人類有數百萬個編輯位點，但編輯只影響到基因中約3%的蛋白質產物，而鞘形亞綱或“智能”頭足類動物則重新編碼了大部分神經蛋白。
(資料圖片僅供參考)
“RNA重新編碼使生物體可以選擇何時何地表達各種各樣的蛋白質。”Rosenthal說，“在頭足類動物中，大多數重新編碼都是對神經系統功能非常重要的蛋白質，所以一個自然的問題是，它們是否利用這一點來適應物理環境的變化?”
為了解決這個問題，研究小組探索了章魚是否會因溫度的變化而進行RNA編輯，以及這種編輯是否會影響它們大腦蛋白質的功能。在野外，章魚會受到溫度變化的影響，這種變化既可能迅速發生，比如當它們潛入較冷的深處或有上升流時，也可能緩慢發生，比如當季節變化時。
研究小組把注意力集中在加利福尼亞的雙斑章魚上——一種小型黃褐色章魚，在它們真正的眼睛下面有兩只閃閃發光的藍色假眼。這些章魚生活在加利福尼亞和墨西哥海岸附近，它們的基因組已經被測序。
為了研究RNA編輯是否與溫度變化有關，研究人員在海洋生物實驗室的水箱中使野生捕獲的成年章魚適應溫暖（22oC）或寒冷（13oC）的水。幾周后，他們將適應寒冷和溫暖環境的章魚的RNA轉錄本與基因組進行了比較，在6萬多個先前確定的編輯位點上尋找RNA編輯的跡象。
“溫度敏感編輯發生在大約1/3的位點——超過2萬個單獨位點，所以這不是在這里或那里發生的事情；這是一個普遍現象，”特拉維夫大學的資深合著者Eli Eisenberg說，他負責這項研究的計算方面。“但話雖如此，它并不是平等發生的：被編輯的蛋白質往往是神經蛋白，幾乎所有對溫度敏感的位點在寒冷的環境中都被編輯得更高。”
他們還注意到，某些類型的神經蛋白可能對溫度更敏感，例如，與細胞膜相關的蛋白質（它們本身對溫度非常敏感）和鈣結合蛋白。
接下來，研究小組探索了這些變化發生的速度。這一次，研究人員對拇指指甲大小的章魚幼崽進行了研究，在大約20小時的時間里，研究人員逐漸加熱或冷卻了容器——從14°C加熱到24°C，或者相反，以每小時0.5°C的速度遞增，并在幾個時間點測量了RNA編輯的程度，即溫度變化之前，溫度變化剛剛完成后，以及4天后。他們對RNA編輯發生的速度感到驚訝。
第一作者Matthew Birk說:“我們不知道這能多快發生:是需要幾周還是幾小時。”他是海洋生物實驗室的博士后研究員，現在是圣弗朗西斯大學的助理教授。“我們可以在不到1天的時間里看到顯著的變化，而在4天內，它們就達到了1個月后你發現的新的穩定水平。”
接下來，研究小組與密歇根大學的Kristen Verhey和得克薩斯理工大學的Roger Sutton合作，研究了這種重新編碼是否會影響蛋白質的結構功能。他們專注于運動蛋白和突觸蛋白這兩種對神經系統功能至關重要的蛋白質，并比較了每種蛋白質的編輯和未編輯版本。在這兩種情況下，他們都發現了證據，證明重新編碼會導致蛋白質的結構變化，從而影響它們的功能。
他們還發現，野生章魚對溫度敏感的RNA編輯發生在對季節性溫度波動的響應中。在冬季和夏季捕獲的野生章魚顯示出與實驗室中觀察到的相似的溫度敏感RNA編輯模式。這不僅適用于加利福尼亞的雙斑章魚，也適用于與之密切相關的Verrill氏雙斑章魚。研究人員懷疑，溫度敏感的RNA編輯在其他章魚和魷魚中也廣泛存在。
關于章魚是如何調節這種RNA編輯的仍然存在一些懸而未決的問題，并且為什么編輯在低溫下更頻繁地發生也未搞清。
接下來，研究人員想要探索章魚和其他頭足類動物是否使用RNA重新編碼來適應其他環境變量，例如低氧可用性或不同的社會環境。
閱讀論文：??https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00523-8
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