Cephalopod-motoren reageren op veranderingen in de watertemperatuur

De enorme familie van waterorganismen die bekend staat als koppotigen omvat inktvissen, inktvissen en octopussen. Het epigenetische proces van RNA-bewerking kan de aminozuurvolgorde van eiwitten veranderen. De meeste transcripties worden vastgelegd in koppotigen, waarvan wordt aangenomen dat het een adaptieve strategie is die leidt tot fenotypische plasticiteit.

In een nieuwe studie hebben twee onderzoekers van de Universiteit van Californië, San Diego, ontdekt dat sommige koppotigen het vermogen hebben om “on-the-fly” eiwitmotoren in cellen opnieuw te coderen om zich aan te passen aan verschillende watertemperaturen.

Het onderzoek concentreerde zich op een paar eiwitten in inktviscellen die fungeren als moleculaire motoren en een groot aantal intracellulaire ladingen langs cellulaire paden verplaatsen, microtubuli genaamd.

RNA-hercodering stelt organismen in staat genetische informatie uit de blauwdruk van hun genoom te wijzigen om nieuwe eiwitten te produceren. Deze techniek is ongebruikelijk bij mensen, maar komt veel voor bij koppotigen met een zacht lichaam, zoals D. opalescent, die seizoensgebonden paaivluchten maken langs de kust van San Diego.

Ranjan zei, “Cephalopoden zoals D. opalescent zijn opmerkelijk vanwege hun grote zenuwstelsel, lichaamsinnovaties en complex gedrag, en hun uitgebreide gebruik van RNA-hercodering heeft veel vragen doen rijzen over hoe dit proces betrokken is bij het reageren op omgevingssignalen zoals temperatuur.”

Ranjan en Rick-Peterson onderzochten modificaties in een paar eiwitten in inktviscellen die fungeren als moleculaire motoren die een groot aantal intracellulaire ladingen verplaatsen langs cellulaire snelwegen die bekend staan ​​als microtubuli.

De onderzoekers concentreerden zich op moleculaire motoreiwitten, kinesine en dyneïne genaamd, die essentieel zijn voor transport binnen alle cellen, inclusief neuronen.

Mutaties in beide motoren zijn in verband gebracht met neurodegeneratieve aandoeningen bij mensen.

Rangan ontdekte dat hercodering voor kinesine toenam bij dieren die werden blootgesteld aan koude oceaanwatertemperaturen tijdens het werken met levende inktvisbaby’s bij de Scripps Institution of Oceanography.

Vervolgens gebruikte Ranjan recombinant DNA en biochemische technologie om recombinante kinesine-eiwitten te genereren.

Daarna gebruikte ik een geavanceerde optische microscoop om de beweging van de eenmotorige moleculen te onderzoeken. Ik ontdekte dat opnieuw gecodeerde kinesin-drives beter werken bij koude temperaturen.

Rik Peterson zei: “Het werk geeft aan dat inktvissen hun eiwitten (de volledige aanvulling van eiwitten in een organisme) tijdens de vlucht kunnen aanpassen als reactie op veranderingen in de temperatuur van de oceaan. Men zou kunnen speculeren dat dit deze zeedieren, die afhankelijk zijn van externe bronnen van lichaamswarmte, in staat stelt te overleven en gedijen binnen een breed bereik van oceaantemperaturen.

De onderzoekers ontdekten ook dat het hercoderen van RNA verschilde tussen weefsels, wat aanleiding gaf tot nieuwe kinesinetypes met verschillende motiliteitsmogelijkheden.

Rik Peterson zei: “Dit werk ondersteunt het idee dat hercodering in koppotigen belangrijk is voor het dynamisch aanpassen van de eiwitfunctie om fysiologische behoeften te ondersteunen en zich aan te passen aan veranderende omgevingsomstandigheden; deze dieren hebben een unieke benadering om zich aan te passen aan hun omgeving.”

De resultaten suggereren ook dat het ‘inktvisextract’ nuttig zou kunnen zijn voor het identificeren van gebieden van moleculen die vatbaar zijn voor plasticiteit of verandering. Ze werkt aan een database met complete voorbeelden van inktvis in verschillende watertemperaturen.

De onderzoeker zei: “In sterk geconserveerde eiwitten, zoals kinesine en dyneïne, kunnen hercoderingsplaatsen van koppotigen duiden op over het hoofd geziene residuen van functioneel belang, en dit heeft bredere implicaties voor het begrijpen van de basiseiwitfunctie en technische eiwitten met specifieke functies. Koppotigen kunnen mogelijk laten zien waar we moeten onderzoek het en welke veranderingen moeten worden aangebracht.

Dit onderzoek werd gefinancierd door het Howard Hughes Medical Institute en de National Institutes of Health (NIGMS) en de Life Sciences Research Foundation.

Tijdschriftreferentie:

1. Kavita G. Ranjan, Samara L. Rick-Peterson, et al. Het hercoderen van RNA in koppotigen wijst de motoreiwitfunctie toe aan microtubuli. cel. DOI:10.1016/j.cel.2023.04.032