当水温发生变化时头足类动物的分子马达也会发生变化

头足类动物是一大类海洋动物，包括章鱼、墨鱼和鱿鱼。它们生活在每一个海洋中，从温暖的浅热带水域到接近冰点的深海。更值得注意的是，加州大学圣地亚哥分校的两位科学家在一项新研究中报告说，至少一些头足类动物具有在细胞内重新编码蛋白质马达以“动态”适应不同水温的能力。

撰写于 2023 年 6 月 8 日版的Cell，第一作者 Kavita J. Rangan 博士，高级作者 Samara L. Reck-Peterson 博士实验室的博士后研究员，加州大学细胞与分子医学系教授加州大学圣地亚哥分校圣地亚哥医学院和细胞与发育生物学学院和霍华德休斯医学研究所的研究员描述了乳白色近海鱿鱼 (Doryteuthis opalescens ) 如何利用 RNA 重新编码在蛋白质水平上改变氨基酸，改善分子功能在较冷水域的细胞内执行多种功能的马达。

RNA 重新编码允许生物体编辑基因组蓝图中的遗传信息以创建新的蛋白质。这个过程在人类中很少见，但在软体头足类动物中很常见，例如D. opalescens，它们沿着圣地亚哥海岸进行季节性产卵迁徙。

“像D. opalescens这样的头足类动物以其庞大的神经系统、身体创新和复杂的行为而著称，”Rangan 说，“它们对 RNA 重新编码的广泛使用引发了许多问题，即这个过程可能如何参与响应温度等环境线索。 ”

在这项新研究中，Rangan 和 Reck-Peterson 研究了鱿鱼细胞中一对蛋白质的变化，这些蛋白质充当分子马达，沿着称为微管的细胞高速公路运输各种细胞内货物。具体来说，研究人员专注于称为驱动蛋白和动力蛋白的分子运动蛋白，这两者都是包括神经元在内的所有细胞内运输的基础。在人类中，两种马达的突变都与神经退行性疾病有关。

Rangan 在斯克里普斯海洋学研究所研究活的乌贼幼体，发现当动物经历较低的海水温度时，它们的驱动蛋白重新编码增加。Rangan 然后使用重组 DNA 技术和生物化学重新创建了重新编码的驱动蛋白。然后，她使用先进的光学显微镜测量了单个运动分子的运动，发现重新编码的驱动蛋白运动在低温下功能更好。

“这项工作表明，鱿鱼可以根据海洋温度的变化动态调整它们的蛋白质组(生物体的全部蛋白质)，”Reck-Peterson 说。“可以推测，这使得这些海洋变温动物——依赖外部体温来源的动物——能够在广泛的海洋温度范围内生存和繁衍。”

科学家们还发现，RNA 重新编码在不同组织中有所不同，从而产生具有不同运动特性的新驱动蛋白变体。

“这项工作支持这样一种观点，即头足类动物的重新编码对于动态调整蛋白质功能以支持生理需求和适应不断变化的环境条件很重要，”Reck-Peterson 说。“这些动物正在采取一种完全独特的方法来适应周围环境。”

Rangan 说，这些发现还表明，鱿鱼“编辑组”可能是一种宝贵的资源，可用于突出可塑性或变化的分子区域。她目前正在开发一个数据库，其中包括不同海洋温度下的整个鱿鱼编辑组。

“在高度保守的蛋白质中，如驱动蛋白和动力蛋白，头足类动物的重新编码位点可以指向具有功能意义的被忽视的残基，”Rangan 说，“这对于理解基本蛋白质功能以及具有特定功能的工程蛋白质具有更广泛的意义。头足类动物或许能够告诉我们应该去哪里寻找以及要做出什么样的改变。”