Los pulpos usan la edición de ARN para responder rápidamente a los cambios de temperatura al alterar la función de la proteína

Los pulpos usan la edición de ARN para responder rápidamente a los cambios de temperatura al alterar la función de la proteína

Maestros de la aclimatación: los pulpos se adaptan al frío editando su ARN

Pulpo bimaculoides. Crédito: Roger T. Hanlon

Cada célula viene con un conjunto finito de instrucciones codificadas en su ADN. Sin embargo, la vida es impredecible y, cuando las circunstancias cambian, los animales necesitan flexibilidad para aclimatarse. Una nueva investigación dirigida por Joshua Rosenthal del Laboratorio de Biología Marina (MBL) y Eli Eisenberg de la Universidad de Tel Aviv indica que los pulpos y sus parientes cercanos se adaptan elegantemente a los desafíos ambientales jugando con su ARN, una molécula intermediaria que transmite las direcciones del ADN.

En un estudio que aparece en Celúla el 8 de junio, Rosenthal y sus colegas documentaron un enorme aumento en la edición del ARN cuando los pulpos, calamares y sepias, conocidos como cefalópodos coleoides, se aclimatan al agua fría. Después de enfriar los tanques de los pulpos, el equipo observó aumentos en la actividad de alteración de proteínas en más de 13 000 sitios de ARN en los sistemas nerviosos de los animales. En dos de estos casos, investigaron cómo el intercambio de una sola letra del código de la molécula de ARN altera la función de las proteínas que producen las neuronas.

A través de la edición de ARN, los cefalópodos parecen haber encontrado una forma única de modificar su propia fisiología, según Rosenthal, científico principal de MBL.

«Estamos acostumbrados a pensar que todos los seres vivos están preprogramados desde su nacimiento con un determinado conjunto de instrucciones», dice. «La idea de que el medio ambiente puede influir en esa información genética, como hemos demostrado en los cefalópodos, es un concepto nuevo».

El misterio de la edición masiva de ARN en cefalópodos

La maquinaria molecular de una célula transcribe las instrucciones codificadas en el ADN en ARN, parte del cual se convierte en proteína. Los investigadores han descubierto que las células tienen la capacidad de intercambiar un miembro del código genético de cuatro letras, la adenosina, por una molécula sustituta, la inosina, que se comporta como la guanosina, una de las cuatro originales. Si bien el mismo proceso ocurre en humanos y en la mayoría de los otros animales, rara vez afecta al ARN que se une para producir proteínas.

En 2015, Rosenthal y sus colegas demostraron que los calamares emplean este tipo de edición de ARN que altera las proteínas (llamada A-to-I) a gran escala, y luego demostraron lo mismo en pulpos.

«Una gran pregunta para nosotros fue: ‘¿Para qué lo están usando?'», dice Rosenthal.

Debido a que la edición cambia el ARN solo temporalmente, los investigadores sospecharon que estos animales lo usan para aclimatarse a su entorno. Para el estudio actual, se centraron en los efectos de uno de esos factores, la temperatura, dentro del sistema nervioso. La temperatura es importante porque gobierna la actividad de las enzimas, que a su vez impulsan reacciones químicas cruciales para todos los procesos fisiológicos.

Maestros de la aclimatación: los pulpos se adaptan al frío editando su ARN

Pulpo bimaculoides. Crédito: Tom Kleindinst/Laboratorio de Biología Marina

Al igual que otros cefalópodos, el pulpo de dos manchas de California (Octopus bimaculoides), que estudiaron, no puede generar su propio calor corporal para contrarrestar las caídas de temperatura que acompañan a las mareas, los cambios en la profundidad del agua y las estaciones.

Después de aclimatar a los pulpos a temperaturas en el extremo cálido de su rango natural (22°C/72°F) y el extremo frío (alrededor de 13°C/55°F), los investigadores examinaron su ARN. Dentro de su código molecular, rastrearon la actividad en lugares donde ya sabían que se producía la edición. En los pulpos en los tanques fríos, encontraron aumentos significativos en 13.285 sitios donde el cambio de una letra altera la proteína. Para aquellos en los tanques calientes, encontraron aumentos en 550 de esos lugares.

Los experimentos de seguimiento sugirieron que la edición del ARN puede ayudar a los animales a adaptarse a los cambios graduales, pero no a los rápidos asociados con, por ejemplo, viajar desde aguas superficiales más cálidas hasta profundidades más frías.

Para corroborar el trabajo de laboratorio, Matthew Birk, ahora profesor asistente en la Universidad de Saint Francis en Pensilvania, registró la temperatura cerca de las guaridas de pulpos en invierno y finales de verano, y luego recolectó a los animales.

Con la ayuda de colaboradores de la Universidad de Michigan y la Universidad Tecnológica de Texas, el equipo investigó cómo la edición del ARN modificó la función de dos proteínas que son vitales para la función neuronal en los pulpos. La primera proteína, la kinesina-1, transporta carga a lo largo de las ramas largas de las neuronas. Descubrieron que la edición de ARN cambia la velocidad a la que viaja esta molécula. Asimismo, altera la capacidad de respuesta de una proteína llamada sinaptotagmina que permite la comunicación entre neuronas.

¿Un secreto de la sofisticación de los cefalópodos?

Es probable que los cefalópodos utilicen esta forma de retoques genéticos para adaptarse al cambio de muchas maneras, mucho más allá de la aclimatación al agua fría, sospecha Rosenthal. «Creo que es la punta del iceberg», dice sobre los hallazgos de este estudio.

Puede explicar, en parte, cómo estos organismos han logrado un comportamiento sofisticado. Los pulpos, por ejemplo, pueden resolver acertijos mecánicos e imitar colores y texturas para camuflarse. Capacidades como estas requieren sistemas nerviosos compuestos por un conjunto complejo de proteínas.

«¿Qué mecanismos utilizan para crear esta complejidad? Creo que la edición de ARN es uno de ellos», dice Rosenthal.

Más información:
Joshua JC Rosenthal, La edición de ARN dependiente de la temperatura en pulpos codifica ampliamente el proteoma neural, Celúla (2023). DOI: 10.1016/j.cell.2023.05.004. www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00523-8

Información del diario:
Celúla

Proporcionado por el Laboratorio de Biología Marina

Citación: Estudio: los pulpos usan la edición de ARN para responder rápidamente a los cambios de temperatura alterando la función de la proteína (8 de junio de 2023) recuperado el 10 de junio de 2023 de https://phys.org/news/2023-06-octopuses-rna-rapidly-temperature- proteína.html

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