Ahtapotlar üşüdüklerinde beyinlerini yeniden tasarlıyorlar

Ahtapotlar, gezegendeki en zeki hayvanlar arasındadır ve bazıları en garip hayvanlardan biridir. Köpeklerle aynı sayıda nörona sahipler, ancak bu hücrelerin yarısından fazlası, merkezi beyinde yer almak yerine kaygan kafadanbacaklıların sekiz koluna dağılmış durumda.

Araştırmacıların 8 Haziran’da bildirdiği gibi hücre, Nörolojik anomali buradan sonra daha da tuhaflaşıyor. Ve ahtapotların bu yeteneğe sahip olduğunu keşfettiler. nöronlarını yeniden kodlamak için Sıcaklıktaki değişikliklere yanıt olarak, bu hücreler farklı proteinler üretir. İnsanların kıyafetlerini dışarıdaki hava durumuna göre ayarlaması gibi, ahtapotlar da hücrelerin çalışma birimleri olan proteinleri üretmek için DNA talimatlarını taşıyan genetik bir molekül olan RNA’larını düzenlerler. Araştırmacılar, bu “beyin adaptasyonlarının” ahtapotların mevsimler değiştiğinde sıcağa veya soğuğa uyum sağlamasına yardımcı olduğuna inanıyor. Massachusetts, Woods Hole’daki Deniz Biyolojisi Laboratuvarı’nda biyolog olan eş-yazar Joshua Rosenthal, bunu “olağanüstü ölçüde” yaptıklarını söylüyor.

RNA modifikasyonu, bir dış kuvvet vücut hücrelerindeki belirli enzimleri aktive ettiğinde meydana gelir ve bu da daha sonra RNA’da kimyasal değişiklikler yapar. Değişikliklere bağlı olarak, hücreler proteinlerin farklı formlarını veya izoformlarını üretir. RNA geçici bir molekül olduğundan, taşıdığı genetik bilgide yapılan herhangi bir değişiklik kalıcı olmayacaktır; bu özellik, teoride, onu değişen çevresel koşullara hareket halindeyken uyum sağlamak için güçlü bir araç haline getirir.

İnsanlarda RNA’yı değiştirmek, genlerin yüzde 3’ünden daha azında protein üretimini etkilerken, Rosenthal ve meslektaşları daha önce bunu bulmuştu. Tüm gelişmiş kafadanbacaklılar türleriYani, Nautilus dışındaki tüm kafadanbacaklılar çoğu nöronal proteini yeniden kodlayabilir.

Araştırmacılar, hangi faktörlerin kafadanbacaklılarda RNA modifikasyonunu tetikleyebileceğini görmek için bu önceki çalışmayı takip etmek istediler. Mevsimsel ve hatta günlük olarak dalgalanan doğrudan bir çevresel koşul olduğu için sıcaklık değişimi ile başlarlar.

Bilim adamları ilk kez düzinelerce vahşi Kaliforniya iki benekli ahtapot topladılar (ahtapot bimakuloidleri), genomu zaten dizilenmiş bir tür. Hayvanları ılık veya soğuk su içeren tanklara alıştırdılar. Birkaç hafta sonra araştırmacılar, hayvanların genomlarında enzimlerin RNA’yı değiştirdiği önceden tanımlanmış yaklaşık 60.000 bölgeyi incelediler. Bu konumların yaklaşık üçte birinin değiştiğini ve bu değişikliklerin saatler ila birkaç gün arasında hızlı bir şekilde gerçekleştiğini buldular. Tel Aviv Üniversitesi’nde araştırmaları RNA’ya odaklanan bir fizikçi olan eş-kıdemli yazar Eli Eisenberg, “Burada ve orada bazı bölgelerin değiştiğini görmeyi bekliyorduk, ancak hayır, bu çok küresel bir şeydi” dedi.

Ekip, değişikliklerin neredeyse tamamının soğuktan kaynaklandığını tespit etti. Bu değişiklikler arasında, hücre zarlarında yer alan spesifik protein sınıflarını, sinaps fonksiyonlarını (sinir sinyallerini ileten), otofajiyi (programlanmış hücre ölümü) ve kalsiyum bağlanmasını (nöronlar içinde çeşitli roller oynayan) kodlayanlar vardı. Eisenberg, araştırmacılar, değiştirilmiş RNA tarafından oluşturulan izoformların işlevleri değiştirdiğini doğruladı, ancak “bu binlerce değişikliğin veya bazılarının adaptasyonu nasıl desteklediğini henüz bilmiyoruz” diyor. “Törendeki tüm değişikliklerin küresel etkisinin anlaşılması, gelecekteki çalışmalara bırakılmıştır.”

Son olarak, ekip aynı zamanda yabani ahtapotları da topladı; bunlara yakından ilişkili başka bir tür olan Verrill’in iki benekli ahtapotu (Ahtapot Bimaculatus) – yaz ve kış aylarında. Araştırmacılar, bu bireylerin laboratuvarda test ettikleri California iki noktalı ahtapotlarla aynı sıcaklık izleme RNA ile ilgili değişiklikleri gösterdiğini buldular.

İnsanlardan ve diğer memelilerden farklı olarak ahtapotlar kendi sıcaklıklarını düzenleyemezler. Bu nedenle araştırmacılar, RNA düzenlemesinin omurgasız nöronları sıcaklık dalgalanmalarından korumada bir rol oynadığından şüpheleniyorlar. Eisenberg, “Bir organizma farklı izoformları ifade etmeyi seçer ve her biri kendi durumunda daha iyidir” diyor. “Bunun memelilerde meydana geldiği tek bir örnek bile yok.”

Indiana University Bloomington’da araştırmaya dahil olmayan bir biyolog olan Heather Hundley, yeni makaleyi “gerçek bir güç merkezi” olarak nitelendirdi.

“Bu çalışma, RNA düzenlemesinin dinamik olarak düzenlenebileceğini gösteren, büyüyen veri grubuna katkıda bulunuyor” diyor. “Önceki çalışma, öncelikle gelişme ve hastalık sırasında düzenlemeye odaklanırken, bu çalışma, RNA düzenlemesinin, sıcaklıktaki çevresel değişikliklere yanıt olarak protein işlevini uyarlamak için moleküler bir yol olarak hizmet edebileceğini gösteriyor.”

Rosenthal, Eisenberg ve meslektaşları, pH ve oksijen seviyeleri veya sosyal çevre gibi protein üretiminde değişikliklere yol açabilecek ek faktörleri araştırarak bu tür çalışmalara devam etmeyi planlıyorlar. “RNA düzenleme yoluyla bu uyarlanabilirlik ne kadar geniş?” diyor Rosenthal. “Yapılacak çok ilginç işler var.”