Calamari, l’editing dell’RNA modifica migliaia di proteine

I calamari possono modificare le istruzioni usate per costruire le proteine senza cambiare il DNA. Secondo un nuovo studio, questa flessibilità può influire su funzioni diverse, dall’attività delle proteine alla produzione di energia nelle cellule. Nei cefalopodi il processo sembra particolarmente esteso e potrebbe contribuire alle loro notevoli capacità biologiche.

La ricerca, pubblicata sulla rivista Cell e condotta da un gruppo guidato da biologi dell’Università della California a San Francisco (UCSF), ha analizzato il proteoma — l’insieme delle proteine — del calamaro costiero a pinne lunghe, longfin inshore squid, Doryteuthis pealeii. Il gruppo ha esaminato quasi 8.000 siti di editing in oltre 2.000 proteine, confrontando il lobo ottico con le branchie. Il primo è una parte importante del sistema nervoso centrale, coinvolta nella vista e nelle risposte agli stimoli visivi; le seconde svolgono una funzione respiratoria più legata alla manutenzione dell’organismo, come respiratory organ.

Come funziona l’editing dell’RNA

L’editing dell’RNA è un processo transitorio e reversibile, mediato dall’enzima ADAR, acronimo di «adenosina deaminasi che agisce sull’RNA». In pratica, modifica le istruzioni dell’RNA prima che vengano utilizzate per produrre una proteina, senza intervenire sul DNA. È come stampare una ricetta e sostituire l’uvetta con le gocce di cioccolato prima di consegnarla al pasticcere.

I ricercatori hanno rilevato un’attività di editing più frequente e complessa nel lobo ottico che nelle branchie. Il risultato è coerente con l’ipotesi che nei cefalopodi coleoidi — calamari, polpi e seppie — la robusta capacità di editing mediato da ADAR e la complessità del sistema nervoso si siano sviluppate insieme. Questi animali, molli e intelligenti, presentano infatti la più forte capacità di editing di questo tipo e i sistemi nervosi più complessi tra gli invertebrati.

«Abbiamo riscontrato effetti sull’attività, sulla stabilità e sulla localizzazione delle proteine, e persino sul modo in cui interagiscono con altre proteine. Gli effetti a valle arrivano addirittura a regolare la salute degli organelli», ha spiegato a ScienceAlert Jack Moen, primo autore dello studio e ricercatore in biologia cellulare e molecolare all’UCSF.

Effetti sulle proteine e sulle cellule

Prima di questa ricerca si sapeva relativamente poco sulle conseguenze dell’editing. Studi precedenti avevano però mostrato che può influire sulla comunicazione del sistema nervoso centrale, forse in risposta a condizioni ambientali o fisiologiche, come le variazioni di temperatura.

Un aspetto importante è che le modifiche interessano le sequenze che codificano le proteine, non le parti del genoma che non ne producono. L’editing può riguardare anche le stesse proteine ADAR: in questo modo, gli enzimi che intervengono sul processo vengono a loro volta modificati, con un possibile effetto di bilanciamento o autoregolazione genica.

Il gruppo ha inoltre individuato 5.000 proteine corte assenti sia dal proteoma di riferimento del calamaro sia da Swiss-Prot, un database di riferimento che raccoglie dati su 14.000 organismi. «Un altro risultato che ci ha colpito è la possibilità di creare nuove sequenze proteiche», ha detto Moen.

Le modifiche possono anche spostare le proteine all’interno della cellula: alcune forme alterate passano dalla periferia al nucleo. La ricodifica può influire inoltre sugli organelli, le strutture cellulari che svolgono funzioni specifiche, come i mitocondri, essenziali per la produzione di energia. Secondo i ricercatori, l’editing potrebbe rendere i mitocondri dei calamari più simili a quelli umani, più stabili al variare delle condizioni ambientali e più capaci di riciclarsi.

La ricodifica sembra agire anche sui sistemi della creatina, che possono fornire al calamaro rapide riserve di energia per compiere movimenti evasivi o sostenere altri processi cerebrali complessi.

Una flessibilità senza modifiche al DNA

Tutto questo avviene modificando una base alla volta, senza alterare il DNA. Il progetto genetico di riferimento resta quindi invariato e non rischia di trasmettere eventuali mutazioni dannose: una sorta di prova temporanea delle possibili varianti proteiche.

Resta da capire perché questa capacità sia così sviluppata nei cefalopodi e non negli altri animali. La risposta potrebbe dipendere dalla struttura degli enzimi ADAR, ma anche da altri fattori che richiedono ulteriori ricerche, ha spiegato Moen.

Un potenziale enorme

Le combinazioni teoricamente possibili sono enormi. «Se consideriamo tutti i siti individuati nei dati di sequenziamento dell’RNA, la stima teorica si avvicina a 10²⁴⁸», ha dichiarato Moen a ScienceAlert. «È un numero superiore di oltre 100 ordini di grandezza a quello di tutti gli atomi dell’Universo. Rappresenta quindi una dualità fondamentale tra potenziale naturale e realtà».

«Descriviamo un’enorme diversità potenziale», ha aggiunto Moen. «Non sappiamo quanta parte di essa venga effettivamente prodotta dagli animali», say.

Fonte: sciencealert.com