Los cefalópodos son una gran familia de animales marinos que incluye pulpos, sepias y sepias. Viven en todos los océanos, desde aguas tropicales cálidas y poco profundas hasta profundidades abisales bajo cero. Más importante aún, dos científicos de UC San Diego informan en un nuevo estudio que al menos algunos cefalópodos tienen la capacidad de recodificar motores de proteínas dentro de las células para adaptarse «sobre la marcha» a diferentes temperaturas del agua.
Escrito en la edición del 8 de junio de 2023 celúlaprimera autora Kavita J.Rangan, Ph.D., investigadora postdoctoral en el laboratorio de la autora principal Samara L. Reck-Peterson, Ph.D., profesora en los departamentos de Medicina Celular y Molecular de la Escuela de la Universidad de San Diego de Medicina y Biología Celular y del Desarrollo de la Universidad de California en San Diego e investigador del Instituto Médico Howard Hughes, describió cómo los calamares luminiscentes llegaron a la costa (Doryteuthis opalescens) usando ARN recodificador para alterar aminoácidos a nivel de proteína, mejorando la función de motores moleculares que realizan diversas funciones intracelulares en agua fría.
La recodificación del ARN permite a los organismos editar información genética a partir del modelo de su genoma para crear nuevas proteínas. Este proceso es raro en humanos pero es común en cefalópodos de cuerpo blando, como D. opalescensrealizando migraciones estacionales de desove a lo largo de la costa de San Diego.
Cefalópodos como D. opalescens Sus grandes sistemas nerviosos, innovaciones corporales y comportamientos complejos, así como su amplio uso de la codificación de ARN, han planteado muchas preguntas sobre cómo este proceso está involucrado en la respuesta a señales ambientales como la temperatura, dijo Rangan.
En el nuevo estudio, Ranjan y Rick Peterson observaron cambios en un par de proteínas en células de calamar que actúan como motores moleculares que transportan una variedad de cargas intracelulares a lo largo de carreteras celulares llamadas microtúbulos. Específicamente, los investigadores se centraron en las proteínas motoras moleculares llamadas kinesina y dineína, las cuales son esenciales para la transmisión dentro de todas las células, incluidas las neuronas. En humanos, las mutaciones en ambos motores están asociadas con enfermedades neurodegenerativas.
Trabajando con crías de calamar vivas en la Institución Scripps de Oceanografía, Rangan descubrió que la recodificación de la kinesina aumentaba en los animales a medida que experimentaban temperaturas más frías en el agua del océano. Luego, Ranjan recreó las proteínas de quinesina recombinantes utilizando ADN recombinante y tecnología bioquímica. Luego midió el movimiento de las moléculas de un solo motor utilizando microscopía óptica avanzada y descubrió que los motores de kinesina recodificados funcionan mejor en temperaturas más frías.
«El trabajo indica que la sepia puede ajustar su proteína (el complemento proteico completo del organismo) durante el vuelo en respuesta a los cambios en la temperatura del océano», dijo Rick Peterson. «Se podría especular que esto permite que estos ectotermos, animales que dependen de fuentes externas para obtener su calor corporal, sobrevivan y prosperen en una amplia gama de temperaturas oceánicas».
Los científicos también descubrieron que la codificación de los ARN variaba según los tejidos, lo que generaba nuevos tipos de cinesina con distintas características de movimiento.
«Este trabajo respalda la idea de que la recodificación en los cefalópodos es importante para ajustar dinámicamente la función de la proteína para satisfacer las necesidades fisiológicas y adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes», dijo Rick-Peterson. «Estos animales adoptan un enfoque completamente único para adaptarse a su entorno».
Los hallazgos también sugieren que «editar» la sepia puede ser un recurso valioso para resaltar regiones de moléculas que son susceptibles a la plasticidad o al cambio, dijo Ranjan. Actualmente está desarrollando una base de datos que incluye calamares completamente liberados a diferentes temperaturas oceánicas.
«En proteínas altamente conservadas, como la cinesina y la dineína, los sitios de codificación de cefalópodos pueden indicar residuos de importancia funcional descuidados», dijo Rangan, «y esto tiene implicaciones más amplias para comprender la función básica de las proteínas, así como para las proteínas con funciones específicas». Los cefalópodos pueden mostrar dónde estamos mirando y qué cambios deben hacerse».
«Solucionador de problemas. Gurú de los zombis. Entusiasta de Internet. Defensor de los viajes sin disculpas. Organizador. Lector. Aficionado al alcohol».