A fehérjék előállítására vonatkozó genetikai utasítások között egy kis változtatás is megakadályozhatja, hogy egy fehérje megfelelően végezze a feladatát.

Ez halálos következményekkel is járhat és a változtatás csak alkalmanként hasznos. De nem akkor, ha polip vagy. A polipok sokak szerint olyanok, mint a köztünk élő idegenek. Sok mindent másképp csinálnak, mint a szárazföldi állatok, vagy akár más tengeri lények. Rugalmas csápjaik megízlelik, amit megérintenek és saját gondolataik vannak. Színvakok, de bőrük önmagában is képes érzékelni a fényt, mesterei az álcázásnak, megváltoztatják a színüket és bőrük textúráját, hogy beleolvadjanak a környezetükbe, vagy elriasszák a riválisokat. Ezek a molekulák RNS-módosulással jönnek létre, miközben a DNS-t változatlanul hagyják. A tudósok még nem tudják biztosan, hogy a polipok és más héj nélküli lábasfejűek, köztük a tintahal, miért ilyen termékeny szerkesztők. A kutatók számára az is kérdés, hogy a genetikai szerkesztés e formája evolúciós előny-e a lábasfejűeknek, vagy a szerkesztés csak egy néha bekövetkező hasznos baleset. Azt is vizsgálják, hogy az RNS-elváltozások milyen következményekkel járhatnak különböző körülmények között. Egyes bizonyítékok arra utalnak, hogy a szerkesztés megadhatja a választ a lábasfejűek okosságára, aminek viszont az lehet az ára, hogy visszatartja a DNS-ük evolúcióját.

Más kétoldali szimmetriájú (a bal oldal a jobb oldal tükörképe) állatokkal ellentétben a polipok nem másznak egy előre meghatározott irányba. A polipok kúszásáról készült videók azt mutatják, hogy a testükhöz képest tetszőleges irányba mozoghatnak, és testük elfordításától függetlenül változtatják a kúszás irányát. A klipben a zöld nyíl jelzi a polip testének tájolását, egy kék nyíl pedig a kúszás irányát.

Hogyan módosítják a lábasfejűek az RNS-üket?

A molekuláris biológia központi alapvetése szerint a szervezet felépítésére vonatkozó utasításokat a DNS tartalmazza. A sejtek ezeket az utasításokat hírvivő RNS-ekbe vagy mRNS-ekbe másolják. Ezután a riboszómáknak nevezett sejtrendszer beolvassa az mRNS-eket, hogy aminosavak összefűzésével fehérjéket építsen fel. A legtöbb esetben a fehérje összetétele megfelel a fehérje aminosav-szekvenciájának, DNS-sablonjának.

Az RNS-szerkesztés azonban eltéréseket hozhat létre a DNS-utasításokkal szemben, és így olyan fehérjék keletkezhetnek, amelyek a DNS által meghatározottaktól eltérő aminosavakat tartalmaznak. A szerkesztés kémiailag módosítja az RNS négy építőelemének egyikét, vagyis a bázist. Ezeket a bázisokat gyakran nevük kezdőbetűivel emlegetik: A, C, G és U, az adenin, citozin, guanin és uracil.

A fejlábúak kitűnnek az adenozinból inozinba történő szerkesztésben. Ez akkor történik, amikor az ADAR2 nevű enzim leválaszt egy nitrogén- és két hidrogénatomot az adenozinról. A riboszómák adenin helyett guanint olvasnak az inozin helyett. Néha ennek a kapcsolónak nincs hatása a kapott fehérje aminosavláncára, de bizonyos esetekben, ha egy G-ben egy A-nak kell lennie, akkor egy másik aminosav kerül be a fehérjébe. Az ilyen fehérjemódosító RNS-szerkesztést RNS-újrakódolásnak nevezik.

A lágy testű lábasfejűek nagy spílerek az RNS-újrakódolásban, miközben még a közeli rokonfajok is óvatosabbak az átírások elfogadásával kapcsolatban. De az RNS-szerkesztés nem korlátozódik a mélység lényeire. Szinte minden többsejtű szervezet rendelkezik egy vagy több RNS-szerkesztő enzimmel, amelyet ADAR enzimnek neveznek (RNS-re ható adenozin-deamináz rövidítése).

A fejlábúak két ADAR enzimmel rendelkeznek.

Az embereknek is vannak változatai. Rengeteg RNS-t szerkesztünk. Az elmúlt évtizedben a tudósok több millió helyet fedeztek fel az emberi RNS-ekben, ahol szerkesztés történik. De ezek a módosítások ritkán változtatják meg a fehérje aminosavait.

Az RNS-szerkesztés általános formájában az adenozin inozinná válik egy olyan reakció révén, amely eltávolít egy aminocsoportot, és oxigénnel helyettesíti. A fejlábúak azonban teljesen új szintre emelik az RNS átkódolását. A hosszúúszójú tintahalnak (Doryteuthis pealeii) 57 108 újrakódoló helye van, de több más polip, tintahal és tintahalfaj is több tízezer átkódoló hellyel rendelkezik. A puha testű vagy koleoid lábasfejűeknek több lehetőségük van a szerkesztésre, mint más állatoknak, mivel az ADAR enzimek közül legalább egy, az ADAR2 található a sejtben. A legtöbb állat szerkeszti az RNS-t a sejtmagban – abban a rekeszben, ahol a DNS-t tárolják és RNS-be másolják –, mielőtt elküldenék az üzeneteket, hogy találkozzanak a riboszómákkal. A lábasfejűeknek miért van több ilyen helye az emberekénél és más állatokénál? Az enzimek több helyen történő szerkesztése, RNS-átkódolása nem világos teljesen és nincs magyarázat a tudósok által feltárt szerkesztési mintákra sem.

Az RNS-szerkesztés rugalmasságot biztosíthat a lábasfejűeknek

A szerkesztés nem egy mindent vagy semmit javaslat. Ritkán szerkesztik a sejtben lévő RNS összes másolatát. Sokkal gyakoribb, hogy az RNS-ek bizonyos százalékát szerkesztik, míg a többi megőrzi eredeti információját. A szerkesztés százalékos aránya vagy gyakorisága tág határok között változhat RNS-enként, illetve a sejtek vagy szövetek között. Függhet a víz hőmérsékletétől vagy egyéb körülményektől. A víz hőmérséklete például arra készteti a tintahalat, hogy újrakódolja a kinezineknek nevezett motorfehérjéket.

A lábasfejűek testének többségében az RNS-szerkesztés nem gyakran befolyásolja a fehérjék felépítését. De az idegrendszerben más a helyzet. A hosszúúszójú tintahalak idegrendszerében a fehérjetermelő RNS-ek szerkesztéseinek 70 százaléka fehérjéket kódol át. A bimac, azaz a kaliforniai kétpontos polip (Octopus bimaculoides) idegrendszerében lévő RNS-ek pedig három-hatszor olyan gyakran kódolódnak át, mint más szervekben vagy szövetekben.

A hosszúúszójú tintahal több mint 50 000 helyen kódolja át az RNS-t.

A szerkesztés különösen elterjedt az agy idegsejtjeinek felépítéséért és működéséért felelős génekben. Az RNS-újrakódolás segíthet a tintahalnak abban, hogy rugalmasabban reagáljon a környezetére, de még nem világos, hogy az újrakódolásnak van-e evolúciós értéke. Egyes mRNS-ek több szerkesztési hellyel rendelkeznek, amelyek megváltoztatják az aminosavakat az mRNS-ek által kódolt fehérjékben. A hosszúúszójú tintahal idegrendszerében például az mRNS-ek 27 százaléka rendelkezik három vagy több újrakódoló hellyel. Ezeknek a szerkesztőhelyeknek a kombinációja egy fehérje többféle változatát eredményezheti egy sejtben. A tintahalban az alfa-spektrin fehérje felépítésére szolgáló mRNS-ek 242 kódolóhellyel rendelkeznek.

Egyes kutatók szerint az idegrendszerben az RNS-szerkesztés hozzájárulhat a gondolkodás rugalmasságához, ami segíthet megmagyarázni, hogy a polipok miért tudnak ketreceket kinyitni vagy eszközöket használni. Ha az embereknek és más gerinceseknek egy fehérje különböző változatai vannak, az gyakran abból adódik, hogy egy gén több másolata van. Egy gén másolatainak megkétszerezése, megháromszorozása vagy megnégyszerezése „egy egész genetikai játszóteret eredményez. De a lábasfejűek nem hajlamosak megkettőzni a géneket. Ehelyett újításaik a szerkesztésből származnak.

Nagyon sok nyitott kérdés van

Az RNS-újrakódolás evolúciós értékére vonatkozó bizonyítékok főként a különböző lábasfejű fajok teljes genetikai felépítésének vagy genomjának vizsgálatából származnak. A tudósok azonban közvetlenül szeretnék tesztelni, hogy az átkódolt RNS-ek hatással vannak-e a lábasfejűek, tintahalak, polipok biológiájára. Ehhez új eszközökre és kreatív gondolkodásra lesz szükség. Például van, aki szeretne tintahalsejteket növeszteni laboratóriumi körülmények között. Jelenleg közvetlenül a tintahal testéből kell szövetet venni és csak pillanatfelvételeket kaphatunk arról, hogy éppen mi történik.