Os cefalópodes são uma grande família de animais marinhos que inclui polvos, chocos e lulas. Eles vivem em todos os oceanos, desde águas tropicais rasas e quentes até profundidades abissais quase congelantes. Mais notavelmente, relatam dois cientistas da Universidade da Califórnia em San Diego em um novo estudo, pelo menos alguns cefalópodes possuem a capacidade de recodificar motores de proteínas dentro das células para se adaptarem “on the fly” a diferentes temperaturas da água.
Escrevendo na edição de 8 de junho de 2023 de Célulaprimeira autora Kavita J. Rangan, PhD, pesquisadora de pós-doutorado no laboratório da autora sênior Samara L. Reck-Peterson, PhD, professora nos departamentos de Medicina Celular e Molecular da Escola de Medicina e Biologia Celular e do Desenvolvimento da UC San Diego na UC San Diego e um investigador do Howard Hughes Medical Institute, descrevem como lulas costeiras opalescentes (Doryteuthis opalescens) empregam a recodificação de RNA para alterar os aminoácidos no nível da proteína, melhorando a função dos motores moleculares que realizam diversas funções dentro das células em águas mais frias.
A recodificação do RNA permite que os organismos editem as informações genéticas do projeto genômico para criar novas proteínas. O processo é raro em humanos, mas é comum em cefalópodes de corpo mole, como D. opalescensque faz migrações sazonais de desova ao longo da costa de San Diego.
“Cefalópodes como D. opalescens são notáveis por seus grandes sistemas nervosos, inovações corporais e comportamentos complexos”, disse Rangan, “e seu uso extensivo de recodificação de RNA levantou muitas questões sobre como esse processo pode estar envolvido na resposta a sinais ambientais como a temperatura”.
No novo estudo, Rangan e Reck-Peterson observaram mudanças em um par de proteínas em células de lula que servem como motores moleculares que transportam uma variedade de cargas intracelulares ao longo de rodovias celulares chamadas microtúbulos. Especificamente, os pesquisadores se concentraram nas proteínas motoras moleculares chamadas cinesina e dineína, ambas fundamentais para o transporte dentro de todas as células, incluindo os neurônios. Em humanos, mutações em ambos os motores estão ligadas a doenças neurodegenerativas.
Trabalhando com filhotes de lulas vivas no Scripps Institution of Oceanography, Rangan descobriu que a recodificação da cinesina aumentava nos animais à medida que experimentavam temperaturas mais frias da água do oceano. Rangan então recriou proteínas cinesina recodificadas usando bioquímica e tecnologia de DNA recombinante. Ela então mediu o movimento de moléculas motoras individuais usando microscopia de luz avançada e descobriu que os motores cinesina recodificados funcionavam melhor em temperaturas frias.
“O trabalho sugere que a lula pode ajustar seu proteoma (todo o complemento de proteínas de um organismo) em tempo real em resposta a mudanças na temperatura do oceano”, disse Reck-Peterson. “Pode-se especular que isso permite que esses ectotérmicos marinhos – animais que dependem de fontes externas de calor corporal – sobrevivam e prosperem em uma ampla gama de temperaturas oceânicas”.
Os cientistas também descobriram que a recodificação do RNA variava entre os tecidos, gerando novas variantes de cinesina com propriedades de movimento distintas.
“Este trabalho apóia a ideia de que a recodificação em cefalópodes é importante para ajustar dinamicamente a função da proteína para atender às necessidades fisiológicas e se adaptar às mudanças nas condições ambientais”, disse Reck-Peterson. “Esses animais estão adotando uma abordagem completamente única para se adaptar ao ambiente”.
Rangan disse que as descobertas também sugerem que o “editome” da lula pode ser um recurso valioso para destacar regiões de moléculas que são passíveis de plasticidade ou mudança. Atualmente, ela está desenvolvendo um banco de dados que inclui todo o editoma da lula em diferentes temperaturas oceânicas.
“Em proteínas altamente conservadas, como cinesina e dineína, os locais de recodificação de cefalópodes podem apontar para resíduos negligenciados de significado funcional, disse Rangan, “e isso tem implicações mais amplas para a compreensão da função básica da proteína, bem como para a engenharia de proteínas com funções específicas. Os cefalópodes podem ser capazes de nos mostrar onde olhar e quais mudanças fazer.”