Октоподите изграждат протеините както никое друго животно

Рибозомите на октопода правят забележително малко грешки при четене на генетичен код, което потенциално предпазва нервните им клетки от дефектни протеини.

В цялото животинско царство молекулярната фабрика, която изгражда протеини, следва универсален механизъм. Октоподите са странното изключение.

Изследователи са открили, че централна верига РНК в механизма за изграждане на протеини на октопода е разрязана наполовина на едно и също място във всяка тъкан. Още по-странно е, че този механизъм на разделяне всъщност разчита погрешно генетичния код много по-рядко от нашата собствена непокътната версия.

Тази машина е рибозомата. Нейното ядро се променя толкова малко между видовете, че лабораториите третират тези РНК вериги като проверка за качество. Верига с грешен размер обикновено означава, че пробата е повредена.

Никълъс Белоно (Nicholas Bellono), професор по молекулярна и клетъчна биология в Харвардския университет, и неговите колеги изучават как клетките превръщат генетичния код в протеин. Те споделят, че винаги се е предполагало, че тази част не се променя много и това ги е изненадало.

РНК на октопод се разделя на две части

Прекъсването е забелязано случайно преди около пет години. Ричард Хан (Richard Han), тогава докторант, извлича РНК от калифорнийски двуточков октопод за рутинен контролен тест и лентата за най-голямата верига се оказва двуверижна.

Отначало предполагат, че пробата е лоша. Проверяват я отново и отново, но нишката се къса на едно и също място всеки път, на един и същ етап от живота на животното.

Не се предизвиква от мутация. Генът за веригата е неразкъсан, така че нещо в клетката трябва да пререже РНК, след като тя е създадена, и двете части остават заедно, без да се съединяват.

Тестовете потвърждават необичайното разделяне на РНК

"Най-мощният тест в науката често идва от задаването на един и същ въпрос по различни начини", кomentirа Белоно.

И така, екипът задава четири въпроса. Те търсят прекъсването в родословното дърво на животните и разгадават атомната структура на рибозомата на октопода. Тестват какво е влиянието на прекъсването върху химията му и проследяват ДНК-то му при главоногите.

Нито едно друго същество няма такова прекъсване. Нито човешките клетки, нито дългоперият калмар, нито сепията, нито морският охлюв, нито синята мида, нито земният червей, нито пиявицата, нито червенокоремната пираня.

Молекулите на транспортната РНК имат функцията да подбират съответните аминокиселини и да ги вграждат в строго определените им от антикодона места на “конвейра” за синтез напротеини. Докато рибозомата се движи по направлението на информационната РНК, към нея се присъединява подходящата тройка молекули на тРНК, носеща определена аминокиселина. След това аминокиселините се освобождават от молекулите-носители и се съединяват една с друга в растящата пептидна верига от протеини.

Рибозомите на октопода правят по-малко грешки

Няма установен начин за генетично инженерство на октопод, така че екипът е разработил заобиколно решение. Те са отстранили рибозомите от екстракт от заешки??. клетки и са добавили рибозоми, пречистени от уловени в океана октоподи, отгледани в лаборатория калмари, морски охлюви или човешки клетки. Всяка партида след това е транслирала едно и също съобщение.

Рибозомата изгражда протеин, като приема малки РНК носители, всеки от които съдържа по една аминокиселина. Тя допуска грешки, когато приема носител, който почти отговаря на кода, вместо такъв, който отговаря точно.

Рибозомите на октопода са се свързвали с тези почти правилни носители четири пъти по-слабо, отколкото рибозомите на калмарите. В тест, който светва само когато даден протеин се окаже грешен, машините на октопода са допуснали най-малко грешки от четирите вида изследвани животни.

След това екипът изнася експеримента извън октопода, като прави същия разрез в рибозомите на E. coli. Тези бактериални машини удвояват точността си, без да забавят работата си.

Всичко това се случва в епруветки, а не вътре в живо животно.

По-малко протеинови бучки се образуват в нервите на октопода

Неправилно разчетен код поставя грешната аминокиселина в протеин, а дефектната е склонна да се сгъва лошо и да се прилепва към съседите си. Тези протеинови бучки се натрупват в нервната тъкан с течение на времето.

При четири животни, нервните връзки на октопода са държали по-малки бучки от тези на калмара, а тъканта на октопода е съдържала по-малко неразтворим протеин от тъканта на калмара или морския охлюв.

За да разберат дали причината е в рибозомата, екипът е запазил живи пипала от октопод и калмар в лабораторен съд и ги е третирал с G418, антибиотик, който прави рибозомите по-малко точни.

Бучките в третираните октоподни пипала нараснали и тъканта започнала да прилича повече на калмар. Бактериалните рибозоми, носещи инженерния разрез, направили обратното и образували по-малко бучки от обикновените.

Current Biology, 2026; 36, 4059-4068.e9; https://www.cell.com/current-biology/abstract/S0960-9822(26)00873-0

Октоподите постоянно редактират своята РНК

Октоподите и калмарите пренаписват генетичните си съобщения, след като ги копират от ДНК, разменяйки отделни букви на до 130 000 места в гените си, кодиращи протеини.

По този начин едно животно може да изгради много различни протеини от един ген. Редактирането на РНК е водещ кандидат за причината, поради която едно главоного получава приблизително 500 милиона нервни клетки, повечето от които в пипалата му.

Редактираното съобщение е по-лесно да се сбърка. Човешките рибозоми се задържат на редактираната буква и изобщо не могат да прочетат силно редактирано съобщение.

Рибозомите на калмарите ги разчитали свободно и произвеждали десет пъти повече сгъстен протеин от редактирани съобщения, отколкото от чисти. Рибозомите на октопода произвеждали същото количество и от двете.

"Човек може да си представи колко полезно е това за разширяване на възможностите за това, което отделните гени могат да правят, но това също означава, че геномът губи информацията, която кодира, ако има твърде много редактиране", обяснява Белоно пред Earth.com.

Екипът му смята, че рибозомата на октопода действа като филтър при тази размяна, пропускайки само някои редакции. Животното в крайна сметка получава разнообразен набор от протеини, които все още работят. Това е най-важно, подчертава изследователят, за животно, което развива нервната си система необичайно бързо и я редактира повече или по-малко в зависимост от условията.

Дълбоководните октоподи не правят разделяне на РНК

Октоподите са се разделили на два клона преди повече от 100 милиона години. Плитководните ловуват, маскират се и усещат вкуса чрез допир, с пипала, пълни с нервна тъкан. Техните дълбоководни роднини имат по-проста нервна система и се хранят бавно с това, което минава покрай тях.

Дистанционно управляван апарат е събрал един от тези дълбоководни октоподи, Grimpoteuthis, на 406 метра дълбочина. РНК-то му е извадено цяло.

При самия разрез осем ДНК букви, TATG и CGTC, са останали идентични през почти 100 милиона години еволюция на октоподите в плитки води, докато буквите около тях са се променяли.

Калмарите са се отделили от октоподите преди около 300 милиона години и никога не са имали този проблем. Те се справят със същия проблем с редактирането по друг начин, с по-агресивна система за изчистване на разрушените протеини.

Учените все още не могат да обяснят разделянето

Авторите споделят, че почти няма начин да се наблюдава изграждането на протеини вътре в жив октопод. Те биха искали да сравнят рибозомите на плитководните и дълбоководните октоподи директно, но дълбоководните екземпляри са достатъчно редки, че малко лаборатории ще имат възможността.

Как клетката прави разреза, все още не е известно. Белоно обяснява, че след като някой разбере това, разрезът може да бъде внедрен в жив организъм и да се провери дали помага на животното да оцелее.

"Би било интересно също така, ако малка молекула може да се насочи към това място, за да възпроизведе подобрената точност на протеиновия синтез."

По-точното изграждане на протеини е важно за разбирането на еволюцията, разказва Белоно, и би могло да е от значение за лечението на заболявания, при които се натрупват неправилно сгънати протеини, сред които е и болестта на Алцхаймер. Докато някой не разбере как клетката преминава през процеса, нито една от идеите не може да бъде тествана върху живо животно.

Справка: Evolution of a core ribosomal innovation in octopus; Rishav Mitra, Richard Han, Trey J. Scott, Anik G. Grearson, Jessica A. Willi, Christina G. Liu, Hyeongju Kim, Michael C. Jewett, Nicholas W. Bellono, Amy S.Y. Lee; Current Biology, 2026; 36, 4059-4068.e9; https://www.cell.com/current-biology/abstract/S0960-9822(26)00873-0

Източник: Octopuses have a protein-building trick not seen in any other animal, Earth.com

Още по темата

23/06/2023

Животът

Октоподите и калмарите са майстори в редактирането на РНК, но оставят ДНК непокътната (видео)

27/06/2019

Животът

Могат ли пипалата на октопода да вземат решения независимо от мозъка? (видео)

07/03/2019

Животът

Октоподи и сепии еволюират редактирайки РНК вместо да разчитат на ДНК мутации (видео)

13/08/2015

Животът

Разкриха причината за високия интелект на октопода