Колеоидные (греч. koleos — «ножны» и eidos — «вид») головоногие моллюски (осьминоги, кальмары и каракатицы) являются активными, находчивыми хищниками с достаточно сложным поведением. Среди беспозвоночных самая большая нервная система именно у этих морских обитателей. Впечатляют и такие характеристики, как крупные глаза, цепкие щупальца, движения которых великолепно координированы, и удивительно сложная адаптивная система окраски. Авторы секвенировали геном и транскриптомы калифорнийского двупятнистого осьминога Octopus bimaculoides для изучения молекулярных основ морфологических особенностей животного, строения и функционирования его нервной системы. Ранее считалось, что большой размер генома осьминогов (33 тысячи генов против 25 тысяч у человека) объясняется дупликациями генома. Однако авторы не обнаружили никаких доказательств гипотезы полного дублирования генома осьминога. Состав генома осьминогов похож на геномы билатеральных беспозвоночных за исключением двух семейств генов, разнообразие которых сходно с их разнообразием у позвоночных. Первое семейство – это гены протокадгеринов, регулирующих развитие нейронов и взаимодействия между ними. У исследованного вида осьминога насчитали 168 таких генов – почти в два раза больше, чем у млекопитающих. Это число соответствует их огромному мозгу и необычному строению органов. Второе семейство – это гены C2H2 факторов транскрипции цинкового пальца, контролирующих ход онтогенеза, численность которых достигает 1800 генов. Кроме того, авторы обнаружили специфичную экспрессию нескольких сотен генов в коже, присосках и нервной системе осьминога. Например, в присосках экспрессируется набор генов, похожих на гены, кодирующие рецепторы нейротрансмиттера ацетилхолина. В присосках каждого щупальца суммарно насчитывается более двух миллионов нервных окончаний, отвечающих за осязание, обоняние и вкус. Авторы также выявили в секвенированном геноме шесть генов, кодирующих белки-рефлектины, которые экспрессируются в коже. Эти белки отражают свет под различными углами, позволяя осьминогу маскироваться. Наконец, ученые обнаружили интересную систему обширного редактирования информационной РНК.

Авторы статьи, опубликованной в журнале Cell, убедительно доказали, что в отличие от подавляющего большинства животных, осьминоги, кальмары и каракатицы обладают эффективно работающим механизмом редактирования информационных РНК, который позволяет чрезвычайно разнообразить пул синтезируемых белков. Один из вариантов изменения информационной РНК широко известен и присутствует у всех эукариот, обеспечивая в норме созревание информационной РНК – сплайсинг или вырезание интронов с последующим сшиванием экзонов в единую молекулу РНК. Наряду с этим практически у всех животных есть особый класс белков – ферменты из семейства ADAR (аденозиндеаминазы РНК), которые, руководствуясь метками – консервативными мотивами в последовательности РНК, превращают нуклеотидный остаток аденозина (A) в остаток инозина (I), который считывается как гуанин (G) на рибосоме. Это событие соответствует замене A на G в последовательности РНК. Это и есть истинное редактирование и-РНК, которое наблюдается у всех животных и человека. Например, у человека насчитывается в среднем до трех процентов отредактированной РНК, у дрозофил – от одного до четырех процентов.

Авторы секвенировали ДНК и РНК ряда видов моллюсков: эволюционно продвинутых осьминогов, каракатиц и кальмаров, более примитивного наутилуса, и брюхоногого моллюска аплизию. В результате секвенирования гомологичных участков ученые установили позиции, по которым ДНК и РНК различались. У осьминогов, каракатиц и кальмаров было обнаружено порядка 100 тысяч отредактированных позиций РНК, а у наутилуса и аплизии – всего тысячу. На следующем этапе ученые проанализировали протеом мозга осьминога, чтобы определить степень участия отредактированной и-РНК в синтезе белков. Оказалось, что 60% белков мозга было создано с помощью модифицированной и-РНК. В этот процент входили и белки, которые у млекопитающих отвечают за соединение нейронов. Авторы заключили, что редактирование и-РНК позволяет высшим головоногим моллюскам использовать сложные поведенческие сценарии. Ученые отметили, что такой механизм увеличения разнообразия наследственной информации замедляет эволюцию последовательности самой ДНК. Кроме того, они выразили надежду, что в отдаленном будущем редактирование РНК может прийти на смену этически ограниченной технологии геномного редактирования – CRISPR.

Новость подготовил © 2017 Лазебный О.Е.

19.07.2017