Медиатека

Эволюция|Генетика

18.01.2023

Что общего между мозгом осьминога и человека?

Головоногие моллюски, цефалоподы, отличаются развитым «интеллектом»: они обладают памятью, способны к обучению, могут решать простые логические задачи и, вероятно, имеют сознание^{1,
2}. Уникальные для беспозвоночных когнитивные способности и очевидные морфологические отличия цефалопод от интеллектуально развитых позвоночных подтолкнули ученых к предположению о наличии общих молекулярно-генетических механизмов развития сложноорганизованной нервной системы у неродственных когнитивно-прогрессивных видов.

Авторы исследования, опубликованного в Science Advances, обнаружили в нервной ткани головоногих моллюсков уникальные микроРНК, которые образуются с помощью нетипичного для большинства беспозвоночных механизма посттрансляционной модификации – редактирования РНК по типу A-to-I (замена аденина на инозин с помощью РНК-зависимых аденозиндезаминаз)^{3,
4}. Учитывая, что остальные характеристики генома (интронные последовательности, кодирующие элементы, частота альтернативного сплайсинга, полиаденилирование, процессы деградации мРНК) у кальмара и осьминога, эволюционно разделившихся более 300 млн лет назад, практически не отличаются от таковых у других беспозвоночных, именно с данным механизмом ученые и связали столь «успешную» эволюцию нервной системы цефалопод^{3,
5}.

Рис. 1. (A) Схема анатомического расположения анализируемых тканей. (B) Основные структуры мозга осьминога. (C) Методы секвенирования, используемые в исследовании³.

Благодаря использованию методов секвенирования FLAM-seq и Iso-Seq, чувствительных к коротким и длинным молекулярным фрагментам соответственно, ученые проанализировали посттрансляционные модификации микроРНК в образцах 18 типов тканей осьминогов. Ключевыми индикаторами роли микроРНК в регуляции нейрогенеза оказались повышение частоты сплайсинга в структурах нервной системы и увеличение длины главных мишеней микроРНК – 3’-нетранслируемых областей.

Учёным удалось проанализировать микроРНК не только благодаря инновационным методам секвенирования, но также благодаря грамотной подготовке образцов. Пробоподготовка – важный этап исследования, для которого необходимо использовать надёжное оборудование и качественные наборы. Большой популярностью среди учёных пользуется продукция компании MGI – поставщика услуг по секвенированию и производителя полногеномных NGS-секвенаторов. MGI предлагает наборы для широкого спектра задач. Например, создания РНК-библиотек (MGIEasy RNA Library Prep Set) и подготовки направленных РНК-библиотек (MGIEasy RNA Directional Library Prep Set).

Примечательно, что у одного из видов осьминогов было обнаружено 90 новых семейств микроРНК: 12 из них были общими с моллюском Nautilus и кальмаром-бобтейл Euprymna scolopes, 43 – с другим видом осьминога и кальмаром, а 35 оказались уникальными для Octopus. Наконец, как и ожидалось, пик экспрессии новых микроРНК приходился на поздние стадии эмбрионального развития (до 45% транскриптома микроРНК) и был в 13 раз выше в нервных структурах по сравнению с другими тканями. Механизм редактирования РНК по типу A-to-I был открыт в 1987 году. Считается, что именно он играет ключевую роль в обеспечении молекулярной пластичности и адаптации организма к меняющимся условиям как на микро, так и на макроуровне⁶. Ученые полагают, что способность к «перекодированию» генома и протеома может быть тем самым «общим звеном», определяющим строение и функциональные особенности мозга цефалопод и позвоночных, в том числе людей.