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Science:RNA编辑对于章鱼在冰冷水域存活起重要作用

来源:生物谷 2012-01-08 14:43


章鱼(Octopus vulgaris),图片来自维基共享资源。

研究人员发现章鱼(octopus)在冰冷的水中存活的原因不是由于基因DNA上的差异,而是由于RNA编辑(RNA editing)上的差异造成的。来自位于圣胡安的波多黎各大学医学科学校区的分子神经生理学家Joshua Rosenthal和他的研究生Sandra Garrett领导了该项新研究,研究结果于2012年1月5日在线发表在《科学》期刊上。

当在低温条件下,产生神经信号的某些蛋白的功能受到削弱。当神经细胞受到刺激时,蛋白通道打开或者关闭以便允许钾离子进来或出去。低温能够延迟这些通道的关闭,从而阻止神经元激活。

Rosenthal和Garrett认为章鱼要在北冰洋和南极海冰冷的水域中存活,它们应当在DNA序列上产生变化。为了验证这一理论,研究人员比较了来自南极海冰冷水域的章鱼物种和来自波多黎各珊瑚礁温暖水域的章鱼物种。当他们研究它们的钾离子通道基因时,他们发现该基因的DNA序列几乎完全一致。

他们然后获得这些基因,并将它们插入到青蛙卵细胞中以便测量每个通道的电活性。他们再次发现这两种章鱼物种以相同的方式发挥作用。但是如果来自冰冷水域的章鱼与来自温暖水域的章鱼以同样的速度发生神经刺激,该通道关闭速度要慢60倍,如此这种章鱼如何存活呢?

他们意识到RNA编辑必须发挥作用。在RNA编辑中,细胞合成特定DNA序列的RNA版本,同时伴随着改变的核酸序列,这样将会改变氨基酸从而改变蛋白功能。当研究人员在研究RNA编辑时,他们发现南极水域的章鱼物种在9个不同的位点编辑它的RNA,从而改变钾离子通道的氨基酸序列。在这当中,有一个已知为I321V的位点对于章鱼在冰冷环境下存活是非常重要的,因为它改变钾离子通道的关闭速度50%以上。章鱼栖息地越冷,他们更可能在这个位点发现这种编辑。

这篇研究显示RNA编辑在有机体环境适应上能够起着很大作用。(生物谷:towersimper编译)

RNA Editing Underlies Temperature Adaptation in K+ Channels from Polar Octopuses

Sandra Garrett, Joshua J.C. Rosenthal

To operate in the extreme cold, ion channels from psychrophiles must have evolved structural changes to compensate for their thermal environment. A reasonable assumption would be that the underlying adaptations lie within the encoding genes. Here, we show that delayed rectifier K+ channel genes from an Antarctic and a tropical octopus encode channels that differ at only four positions and display very similar behavior when expressed in Xenopus oocytes. However, the transcribed mRNAs are extensively edited, creating functional diversity. One editing site, which recodes an isoleucine to a valine in the channel's pore, greatly accelerates gating kinetics by destabilizing the open state. This site is extensively edited in both Antarctic and Arctic species, but mostly unedited in tropical species. Thus, A-to-I RNA editing can respond to the physical environment.

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