“Khi bạch tuộc lạnh, chúng tùy chỉnh não và chiếm đoạt RNA của mình”

Khi một số động vật bị lạnh, chúng điều chỉnh nhiệt độ của chúng thông qua một số phương pháp khá đơn giản. Những sinh vật máu lạnh như thằn lằn phơi nắng để hấp thụ nhiệt và tăng nhiệt độ cơ thể. Các sinh vật máu nóng như động vật có vú làm giãn hoặc co mạch máu của chúng. Một số động vật rùng mình hoặc hắt hơi. Nhưng một con bạch tuộc không thể làm bất cứ điều gì trong số đó. Vì vậy, thay vào đó, nó chiếm đoạt thông tin di truyền của chính nó.

Theo một nghiên cứu mới, khi mực bị lạnh, chúng bắt đầu một quá trình chỉnh sửa RNA lớn.

“Chúng tôi thường nghĩ rằng thông tin di truyền của chúng tôi là cố định, nhưng môi trường có thể ảnh hưởng đến cách bạn mã hóa protein và ở động vật chân đầu, điều này xảy ra rất lớn”, tác giả cao cấp Joshua Rosenthal của Phòng thí nghiệm sinh học biển Woods Hole, Massachusetts cho biết.

quần áo di truyền

Thông tin di truyền từ DNA thường chỉ có thể thích nghi qua các thế hệ. Trong khi đó, chỉnh sửa RNA cung cấp một cách tạm thời để thích ứng với những thay đổi của môi trường. Chỉnh sửa RNA giống như mặc một bộ quần áo di truyền mới — không dễ dàng như thử một chiếc áo len mới, nhưng bạn có thể làm điều đó để thích ứng với những thay đổi tạm thời.

Đối với con người, chỉnh sửa RNA là một quá trình rất khó khăn. Chúng tôi cũng vậy — nhưng theo một cách hạn chế. Chúng ta có hàng triệu vị trí nơi RNA được chỉnh sửa trong cơ thể, nhưng điều này thường chỉ ảnh hưởng đến khoảng 3% gen của chúng ta. Trong khi đó, một số loài mực (và các loài động vật chân đầu khác) có thể mã hóa lại hầu hết các protein của chúng.

Vào năm 2015, Rosenthal và các đồng nghiệp đã vô cùng sửng sốt khi cho thấy khả năng chỉnh sửa RNA của những loài động vật này lớn đến mức nào. “Câu hỏi lớn đối với chúng tôi là, ‘Họ đang sử dụng nó để làm gì?”, Rosenthal nói.

Rosenthal cho biết: “Việc mã hóa lại RNA mang lại cho các sinh vật tùy chọn để biểu hiện các loại protein khác nhau khi nào và ở đâu mà chúng chọn”. “Ở động vật chân đầu, hầu hết quá trình mã hóa lại dành cho các protein rất quan trọng đối với chức năng của hệ thần kinh, vì vậy câu hỏi tự nhiên là chúng có sử dụng điều này để thích nghi với những thay đổi trong môi trường vật lý của chúng không?”

lạnh kinh hoàng. Hãy để tôi sử dụng RNA của tôi

Để tiến gần hơn đến câu trả lời, họ tập trung vào loài bạch tuộc hai đốm California (Octopus bimaculoides) – một loài bạch tuộc bản địa của vùng nước ven biển California. Loài này đã trở thành một loài phổ biến cho các nghiên cứu về khoa học thần kinh và hành vi do hệ thống thần kinh phức tạp và di truyền bất thường của nó.

Đối với nghiên cứu cụ thể này, các nhà nghiên cứu chỉ tập trung vào ảnh hưởng của nhiệt độ. Họ biết rằng những thay đổi của RNA thường diễn ra trong thời gian ngắn, vì vậy họ muốn xem liệu hoạt động của RNA có tăng lên khi mực tiếp xúc với lạnh hay không. Nó xảy ra.

Các nhà nghiên cứu đã chia mực trưởng thành đánh bắt tự nhiên thành hai nhóm: một nhóm được đặt trong bể nước ấm (22ºC), nhóm còn lại được đặt trong bể nước lạnh (13ºC) tại Phòng thí nghiệm Sinh học Biển. Sau vài tuần, họ so sánh các bản phiên mã RNA của hai nhóm, xem xét quá trình chỉnh sửa RNA tại hơn 60.000 vị trí chỉnh sửa đã được xác định trước đó.

“Việc chỉnh sửa nhạy cảm với nhiệt độ xảy ra ở khoảng một phần ba số trang web của chúng tôi — hơn 20.000 địa điểm riêng lẻ — vì vậy đây không phải là điều gì đó đang xảy ra ở đây và ở đó; đó là một hiện tượng toàn cầu,” đồng tác giả cao cấp Eli Eisenberg của Tel-Aviv cho biết Đại học, người xử lý các khía cạnh tính toán của nghiên cứu. Nhưng điều đó đang được nói, nó không giống nhau: các protein được chỉnh sửa có xu hướng là các protein thần kinh và hầu như tất cả các vị trí nhạy cảm với nhiệt độ đều được chỉnh sửa nhiều hơn trong điều kiện lạnh.

Nhóm nghiên cứu cũng phóng to các protein được mã hóa nhiều nhất bởi các thay đổi RNA. Điều này phù hợp với những phát hiện: hầu hết các thay đổi đến từ các protein liên kết với màng tế bào (bản thân chúng nhạy cảm với nhiệt độ).

Đỉnh của tảng băng trôi

Sau đó, các nhà nghiên cứu muốn xem quá trình chỉnh sửa này diễn ra nhanh như thế nào. Họ làm việc với những con mực nhỏ và bể được làm nóng hoặc làm mát dần dần từ 14°C đến 24°C, thay đổi nhiệt độ 0,5°C cứ sau nửa giờ. Toàn bộ quá trình mất ít hơn một ngày. Trong thời gian này, họ đã đo quá trình chỉnh sửa RNA trước khi thay đổi nhiệt độ, ngay sau khi thay đổi nhiệt độ và tối đa 4 ngày sau đó. Đáng chú ý, việc chỉnh sửa RNA này diễn ra trong vòng một ngày kể từ khi thay đổi.

Tác giả đầu tiên Matthew Birk, người đứng đầu dự án với tư cách là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Sinh học Biển và hiện là trợ lý giáo sư tại Đại học Saint Francis, cho biết: “Chúng tôi không biết điều này có thể xảy ra nhanh như thế nào: có thể mất hàng tuần hay hàng giờ. . “Chúng tôi có thể thấy những thay đổi đáng kể trong vòng chưa đầy một ngày và trong vòng 4 ngày, nó ở mức ổn định mới mà bạn có được sau một tháng.”

Rosenthal nghi ngờ rằng chúng mới chỉ chạm đến phần nổi của tảng băng trôi và có thể có nhiều hoạt động di truyền hơn ở loài mực mà chúng ta chưa biết. Điều này có thể là do trí thông minh và hành vi phát triển nhanh chóng của chúng.

Bạch tuộc (và động vật chân đầu) thường được coi là một loại trí thông minh “ngoài hành tinh”, thể hiện những khả năng rất tinh vi trong khi thiếu một số đặc điểm thường liên quan đến trí thông minh bình thường.

“Họ sử dụng cơ chế nào để tạo ra sự phức tạp này? Tôi tin rằng chỉnh sửa RNA là một trong số đó”, Rosenthal kết luận.

Tham khảo tạp chí: Matthew A. Birk, Noa Liscovitch-Brauer, Matthew J. Dominguez, Sean McNeme, Yang Yue, J. Damon Hoff, Itamar Twersky, Kristen J. Verhey, R. Bryan Sutton, Eli Eisenberg, Joshua JC Rosenthal. Chỉnh sửa RNA phụ thuộc vào nhiệt độ ở mực mã hóa lại hệ protein thần kinh một cách rộng rãi. tế bào, 2023; 186 (12): 2544 DOI: 10.1016/j.cell.2023.05.004