Cell：头足类动物中的RNA重新编码改善分子马达的功能

头足类动物（cephalopods）是一个庞大的海洋动物家族，包括章鱼、墨鱼和鱿鱼。它们生活在每个海洋中，从温暖的热带浅水区到近乎冰冷的深海深处。更值得注意的是，在一项新的研究中，美国加州大学圣地亚哥分校的Samara L. Reck-Peterson博士和Kavita J. Rangan博士描述了乳光枪乌贼（Doryteuthis opalescens）如何利用RNA重新编码（RNA recoding）来改变蛋白水平上的氨基酸，从而改善在较冷水域中细胞内执行多种功能的马达蛋白（protein motor，也称为分子马达）的功能。这表明至少一些头足类动物拥有在细胞内重新编码马达蛋白以适应不同水温的能力。相关研究结果发表在2023年6月8日的Cell期刊上，论文标题为“RNA recoding in cephalopods tailors microtubule motor protein function”。

RNA重新编码允许有机体编辑基因组蓝图中的遗传信息，以构建新的蛋白。这一过程在人类中很罕见，但在诸如乳光枪乌贼之类的软体头足类动物中很常见。乳光枪乌贼在美国圣地亚哥海岸进行季节性产卵洄游。

Rangan说，“像乳光枪乌贼这样的头足类动物因其大型神经系统、身体创新和复杂的行为而引人注目，而且它们对RNA重新编码的广泛使用在这一过程如何参与对温度等环境线索的反应方面提出了许多问题。”

在这项新的研究中，Rangan和Reck-Peterson研究了乌贼细胞中一对蛋白的变化，这对蛋白起着分子马达的作用，沿着称为微管的细胞公路运输多种细胞内货物。具体来说，他们着重关注称为“驱动蛋白（kinesin）”和“动力蛋白（dynein）”的分子马达，它们都是包括神经元在内的所有细胞中运输的基础。在人类中，这两种分子马达的突变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仔时发现，当这些动物经历较冷的海水温度时，它们体内驱动蛋白的重新编码会增加。随后，Rangan使用重组DNA技术和生物化学方法重建了重新编码的驱动蛋白。她随后用先进的光学显微镜测量了单个分子马达的运动，发现重新编码的驱动蛋白在低温下更好地发挥功能。

Reck-Peterson说，“这项新的研究表明，乌贼可以在游动中调整它们的蛋白质组（一个有机体的全部蛋白）以应对海洋温度的变化。人们可以推测，这使得这些海洋外生动物---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发育。”

图片来自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.04.032。

他们还发现，RNA重新编码在不同的组织中有所不同，产生了具有不同运动特性的新的驱动蛋白变体。

Reck-Peterson说，“这项新的研究支持这样的观点，即头足类动物的重新编码对于动态调整蛋白功能以支持生理需要和适应不断变化的环境条件非常重要。这些动物采取一种完全独特的方法来适应它们的周围环境。”

Rangan说，这些发现还表明乌贼的“编辑组（editome）”可能是一种有价值的资源，可以突出分子中易于塑性或变化的区域。她目前正在开发一个数据库来囊括不同海洋温度下的完整乌贼编辑组。

Rangan说，“在诸如驱动蛋白和动力蛋白之类的高度保守的蛋白中，头足类动物的重新编码位点可以指出被忽视的具有功能意义的残基，这对理解基本蛋白功能以及经改造后具有特定功能的蛋白具有更广泛的意义。头足类动物也许能够告诉我们应该在哪里寻找，应该做哪些改变。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Kavita J. Rangan et al. RNA recoding in cephalopods tailors microtubule motor protein function. Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.04.032.

2. When water temperatures change, the molecular motors of cephalopods do too
https://phys.org/news/2023-06-temperatures-molecular-motors-cephalopods.html