Polvos reprogramam seus cérebros para se adaptar às mudanças sazonais de temperatura – ScienceDaily

Os polvos não termorregulam, então seus cérebros poderosos são expostos a – e potencialmente ameaçados por – mudanças de temperatura. Pesquisadores relatam em 8 de junho na revista Célula que os polvos de dois pontos se adaptam às mudanças sazonais de temperatura, produzindo diferentes proteínas neurais em condições quentes versus frias. Os polvos conseguem isso editando seu RNA, a molécula mensageira entre o DNA e as proteínas. Essa religação provavelmente protege seus cérebros, e os pesquisadores suspeitam que essa estratégia incomum seja amplamente usada entre polvos e lulas.

“Geralmente pensamos que nossa informação genética é fixa, mas o ambiente pode influenciar a forma como você codifica as proteínas, e nos cefalópodes isso acontece em grande escala”, diz o autor sênior Joshua Rosenthal, do Laboratório de Biologia Marinha de Woods Hole, Massachusetts.

Em comparação com as mutações de DNA, que permitem que os organismos se adaptem ao longo das gerações, a edição de RNA oferece uma maneira temporária e flexível para os indivíduos se adaptarem às mudanças ambientais. A edição de RNA ocorre em toda a árvore da vida, mas a recodificação de RNA – quando a edição altera a estrutura subsequente da proteína – é muito mais rara, exceto em cefalópodes de corpo mole, como polvos e lulas. Os seres humanos têm milhões de locais de edição, mas a edição afeta os produtos proteicos em apenas cerca de 3% de seus genes, enquanto os coleoides ou cefalópodes “inteligentes” recodificam a maioria de suas proteínas neurais.

“A recodificação de RNA dá aos organismos a opção de expressar uma variedade diversificada de proteínas quando e onde quiserem”, diz Rosenthal. “Nos cefalópodes, a maior parte da recodificação é para proteínas que são realmente importantes para o funcionamento do sistema nervoso, então a questão natural é: eles estão usando isso para se aclimatar às mudanças em seu ambiente físico?”

Para responder a essa questão, a equipe de pesquisa explorou se os polvos sofrem edição de RNA em resposta a mudanças de temperatura e se essa edição afeta a função de suas proteínas cerebrais. Na natureza, os polvos estão expostos a mudanças de temperatura que podem ocorrer tanto rapidamente, por exemplo, quando mergulham em profundidades mais frias ou há ressurgência, quanto lentamente, quando as estações mudam.

A equipe concentrou-se nos polvos de dois pontos da Califórnia (polvo bimaculoides) – pequenos polvos marrom-amarelados que exibem dois olhos falsos azuis iridescentes sob seus olhos reais. Esses polvos vivem na costa da Califórnia e do México, e seu genoma já foi sequenciado.

Para investigar se a edição de RNA está associada à variação de temperatura, os pesquisadores aclimataram polvos adultos capturados na natureza a águas quentes (22ºC) ou frias (13ºC) em tanques do Laboratório de Biologia Marinha. Depois de várias semanas, eles compararam as transcrições de RNA dos polvos aclimatados ao frio e ao calor com o genoma para procurar sinais de edição de RNA em mais de 60.000 locais de edição previamente identificados.

“A edição sensível à temperatura ocorreu em cerca de um terço de nossos sites – mais de 20.000 lugares individuais – então isso não é algo que acontece aqui ou ali; este é um fenômeno global”, diz o co-autor sênior Eli Eisenberg, da Universidade de Tel-Aviv , que cuidou dos aspectos computacionais do estudo. “Mas, dito isso, não acontece igualmente: as proteínas que são editadas tendem a ser proteínas neurais, e quase todos os locais sensíveis à temperatura são mais altamente editados no frio”.

Eles também notaram que certos tipos de proteínas neurais eram mais sensíveis à temperatura, por exemplo, proteínas associadas às membranas celulares (que são muito sensíveis à temperatura) e proteínas de ligação ao cálcio.

Em seguida, a equipe explorou a rapidez com que essas mudanças ocorreram. Desta vez, trabalhando com polvos juvenis do tamanho de miniaturas, os pesquisadores aqueceram ou resfriaram gradualmente os tanques – de 14°C a 24°C ou vice-versa em incrementos de 0,5°C por hora – ao longo de cerca de 20 horas e mediram a extensão de Edição de RNA em vários momentos: antes da mudança de temperatura, imediatamente após a mudança de temperatura estar completa e até 4 dias depois. Eles ficaram surpresos com a rapidez com que a edição de RNA ocorreu.

“Não tínhamos ideia real de quão rápido isso pode ocorrer: se leva semanas ou horas”, diz o primeiro autor Matthew Birk, que liderou o projeto como pós-doutorado no Marine Biological Laboratory e agora é professor assistente na Saint Francis University. “Podemos ver mudanças significativas em menos de um dia e, em 4 dias, elas estavam nos novos níveis de estado estacionário em que você as encontra após um mês”.

Em seguida, em colaboração com Kristen Verhey, da Universidade de Michigan, e Roger Sutton, da Texas Tech, a equipe explorou se essa recodificação afetava a função da estrutura da proteína. Eles se concentraram na cinesina e na sinaptotagmina, duas proteínas críticas para o funcionamento do sistema nervoso, e compararam as versões editadas e não editadas de cada proteína. Em ambos os casos, eles encontraram evidências de que a recodificação produziu mudanças estruturais nas proteínas que afetariam sua função.

Eles também mostraram que a edição de RNA sensível à temperatura ocorre em polvos selvagens em resposta a flutuações sazonais de temperatura. Polvos selvagens capturados no inverno versus verão exibiram padrões semelhantes de edição de RNA sensível à temperatura aos observados em laboratório. Isso era verdade não apenas para os polvos de duas manchas da Califórnia, mas também para o polvo de duas manchas de Verrill (polvo bimaculatus), e os pesquisadores suspeitam que a edição de RNA sensível à temperatura ocorre amplamente entre outros polvos e lulas.

Permanecem questões em aberto sobre como os polvos estão regulando essa edição de RNA, e não está claro por que a edição ocorre com mais frequência em resposta a temperaturas frias.

Em seguida, os pesquisadores querem explorar se os polvos e outros cefalópodes usam a recodificação de RNA para se adaptar a outras variáveis ​​ambientais, como baixa disponibilidade de oxigênio ou ambientes sociais variados.

Esta pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation, pelo National Institutes of Health e pela United States-Israel Binational Science Foundation.

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