I polpi non termoregolano, quindi i loro potenti cervelli sono esposti a – e potenzialmente minacciati da – cambiamenti di temperatura. I ricercatori riportano l’8 giugno sulla rivista Cellula che i polpi a due punti si adattano ai cambiamenti di temperatura stagionali producendo diverse proteine neurali in condizioni calde rispetto a quelle fredde. I polpi ottengono questo risultato modificando il loro RNA, la molecola messaggera tra DNA e proteine. Questo ricablaggio probabilmente protegge i loro cervelli e i ricercatori sospettano che questa insolita strategia sia ampiamente utilizzata tra polpi e calamari.
“In genere pensiamo che le nostre informazioni genetiche siano fisse, ma l’ambiente può influenzare il modo in cui codifichi le proteine, e nei cefalopodi questo accade su vasta scala”, afferma l’autore senior Joshua Rosenthal del Marine Biological Laboratory di Woods Hole, Massachusetts.
Rispetto alle mutazioni del DNA, che consentono agli organismi di adattarsi nel corso delle generazioni, l’editing dell’RNA offre agli individui un modo temporaneo e flessibile per adattarsi ai cambiamenti ambientali. L’editing dell’RNA avviene attraverso l’albero della vita, ma la ricodifica dell’RNA – quando l’editing modifica la successiva struttura proteica – è molto più rara, tranne che nei cefalopodi dal corpo molle come polpi e calamari. Gli esseri umani hanno milioni di siti di modifica, ma la modifica influisce sui prodotti proteici solo in circa il 3% dei loro geni, mentre i coleoidi o cefalopodi “intelligenti” ricodificano la maggior parte delle loro proteine neurali.
“La ricodifica dell’RNA offre agli organismi la possibilità di esprimere un diverso fremito di proteine quando e dove scelgono”, afferma Rosenthal. “Nei cefalopodi, la maggior parte della ricodifica è per proteine che sono davvero importanti per la funzione del sistema nervoso, quindi la domanda naturale è: lo stanno usando per acclimatarsi ai cambiamenti nel loro ambiente fisico?”
Per rispondere a questa domanda, il team di ricerca ha esplorato se i polpi subiscono l’editing dell’RNA in risposta agli sbalzi di temperatura e se questo editing influisce sulla funzione delle loro proteine cerebrali. In natura, i polpi sono esposti a sbalzi di temperatura che possono verificarsi sia rapidamente, ad esempio quando si immergono a profondità più fredde o c’è una risalita, sia lentamente, quando le stagioni cambiano.
Il team si è concentrato sui polpi a due punti della California (Polpo bimaculoide) — piccoli polpi bruno-giallastri che sfoggiano due falsi occhi blu iridescenti sotto i loro veri occhi. Questi polpi vivono al largo della costa della California e del Messico e il loro genoma è già stato sequenziato.
Per verificare se l’editing dell’RNA è associato alla variazione di temperatura, i ricercatori hanno acclimatato polpi adulti catturati in natura ad acque calde (22ºC) o fredde (13ºC) nelle vasche del Marine Biological Laboratory. Dopo diverse settimane, hanno confrontato le trascrizioni dell’RNA per i polpi acclimatati al freddo e al caldo con il genoma per cercare segni di modifica dell’RNA in oltre 60.000 siti di modifica precedentemente identificati.
“L’editing sensibile alla temperatura si è verificato in circa un terzo dei nostri siti – oltre 20.000 singoli luoghi – quindi non è qualcosa che accade qua o là; questo è un fenomeno globale”, afferma il co-autore senior Eli Eisenberg dell’Università di Tel-Aviv , che ha gestito gli aspetti computazionali dello studio. “Ma detto questo, non succede allo stesso modo: le proteine che vengono modificate tendono ad essere proteine neurali, e quasi tutti i siti che sono sensibili alla temperatura sono più altamente modificati al freddo”.
Hanno anche notato che alcuni tipi di proteine neurali avevano maggiori probabilità di essere sensibili alla temperatura, ad esempio le proteine associate alle membrane cellulari (che sono esse stesse molto sensibili alla temperatura) e le proteine che legano il calcio.
Successivamente, il team ha esplorato la rapidità con cui si sono verificati questi cambiamenti. Lavorando questa volta con polpi giovani delle dimensioni di un pollice, i ricercatori hanno gradualmente riscaldato o raffreddato le vasche – da 14°C a 24°C o viceversa con incrementi orari di 0,5°C – nel corso di circa 20 ore e hanno misurato l’estensione di Modifica dell’RNA in diversi momenti: prima del cambiamento di temperatura, immediatamente dopo il completamento del cambiamento di temperatura e fino a 4 giorni dopo. Sono rimasti sorpresi dalla rapidità con cui si è verificato l’editing dell’RNA.
“Non avevamo idea di quanto velocemente ciò potesse accadere: se ci volessero settimane o ore”, afferma il primo autore Matthew Birk, che ha guidato il progetto come borsista post-dottorato presso il Marine Biological Laboratory ed è ora professore assistente presso la Saint Francis University. “Potremmo vedere cambiamenti significativi in meno di un giorno e, entro 4 giorni, erano ai nuovi livelli di stato stazionario in cui li trovi dopo un mese”.
Successivamente, in collaborazione con Kristen Verhey dell’Università del Michigan e Roger Sutton del Texas Tech, il team ha esplorato se questa ricodifica avesse influito sulla funzione della struttura proteica. Si sono concentrati sulla chinesina e sulla sinaptotagmina, due proteine fondamentali per la funzione del sistema nervoso, e hanno confrontato le versioni modificate e non modificate di ciascuna proteina. In entrambi i casi, hanno trovato prove che la ricodifica ha prodotto cambiamenti strutturali nelle proteine che avrebbero avuto un impatto sulla loro funzione.
Hanno anche dimostrato che l’editing dell’RNA sensibile alla temperatura si verifica nei polpi selvatici in risposta alle fluttuazioni stagionali della temperatura. I polpi selvatici catturati in inverno rispetto all’estate hanno mostrato modelli simili di modifica dell’RNA sensibile alla temperatura a quelli osservati in laboratorio. Questo era vero non solo per i polpi a due macchie della California, ma anche per il polpo a due macchie di Verrill strettamente imparentato (Polpo bimaculato), e i ricercatori sospettano che l’editing dell’RNA sensibile alla temperatura si verifichi ampiamente tra altri polpi e calamari.
Rimangono aperte domande su come i polpi stiano regolando questo editing dell’RNA, e non è chiaro perché l’editing avvenga più frequentemente in risposta alle basse temperature.
Successivamente, i ricercatori vogliono esplorare se i polpi e altri cefalopodi utilizzano la ricodifica dell’RNA per adattarsi ad altre variabili ambientali, come la scarsa disponibilità di ossigeno o vari ambienti sociali.
Questa ricerca è stata sostenuta dalla National Science Foundation, dal National Institutes of Health e dalla United States-Israel Binational Science Foundation.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
