タコは寒くなると脳を再設計する

タコは地球上で最も賢い動物の一つであり、最も奇妙な動物でもあります。 彼らはイヌと同じ数のニューロンを持っていますが、これらの細胞の半分以上は、中央脳に含まれるのではなく、滑りやすい頭足類の8つの腕全体に分布しています。

研究者らが6月8日に報告したように、 細胞、 神経学的異常はそこからさらに奇妙になるだけです。 そしてタコにはこんな能力があることが分かりました ニューロンを再コード化する 温度の変化に応じて、これらの細胞はさまざまなタンパク質を生成します。 人間が外の天気に合わせて衣服を調整するように、タコは細胞の作動単位であるタンパク質を生成するための DNA 指示を伝える遺伝分子である RNA を編集します。 研究者らは、これらの「脳の適応」がタコが季節の変わり目の暑さや寒さに適応するのに役立っていると考えている。 マサチューセッツ州ウッズホールにある海洋生物学研究所の生物学者で共著者のジョシュア・ローゼンタール氏は、彼らはこれを「異常な程度に」行うと語る。

RNA の修飾は、外部の力によって体の細胞内の特定の酵素が活性化され、RNA に化学変化が生じるときに発生します。 変化に応じて、細胞はタンパク質の異なる形態、つまりアイソフォームを生成します。 RNA は一時的な分子であるため、RNA が保持する遺伝情報に加えられた変更は永続的ではありません。理論的には、この特徴により、RNA は変化する環境条件に適応するための強力なツールとなります。

ヒトにおける RNA の修飾は遺伝子の 3% 未満のタンパク質生産に影響を与えますが、ローゼンタールらは以前に次のことを発見しました。 頭足類のすべての進化種つまり、オウムガイを除くすべての頭足類は、ほとんどの神経タンパク質を再コードできるということです。

研究者らは、この以前の研究を追跡調査して、どのような要因が頭足類の RNA 修飾を促進するのかを確認したいと考えました。 温度変化は季節ごとに、あるいは毎日でも変動する直接的な環境条件であるため、温度変化から始まります。

科学者たちは、数十匹の野生のカリフォルニアの二つの斑点のあるタコを初めて収集した（タコ ビマクロイデス）、そのゲノムはすでに解読されている種です。 彼らは動物を温水または冷水の入った水槽に慣れさせた。 数週間後、研究者らは動物のゲノム内で酵素がRNAを修飾する、これまでに同定されていた約6万箇所の部位を調べた。 彼らは、それらの場所の約 3 分の 1 が変化しており、それらの変化は数時間から数日のスケールで急速に起こったことを発見しました。 「あちこちで変化した部位が見られると予想していましたが、そうではありません。それは非常に世界的なものでした」と共上級著者であり、RNA に焦点を当てた研究を行っているテルアビブ大学の物理学者、イーライ・アイゼンバーグ氏は言う。

研究チームは、変化のほとんどすべてが寒さによるものであることを発見しました。 これらの変化の中には、細胞膜、シナプス機能（神経信号を伝達する）、オートファジー（プログラムされた細胞死）、およびカルシウム結合（ニューロン内でさまざまな役割を果たす）に関与する特定のクラスのタンパク質をコードする変化が含まれていた。 研究者らは、修飾されたRNAによって作られたアイソフォームが機能を変化させることを確認したが、「これらの何千もの変化、またはその一部がどのように適応を促進するのかはまだわかっていない」とアイゼンバーグ氏は言う。 「儀式におけるあらゆる変化が世界に与える影響の理解は、今後の研究に委ねられる。」

最後に、研究チームは野生のタコも収集しました。その中には、別の近縁種であるベリルズマダコ (タコ） – 夏と冬。 研究者らは、これらの個体が、研究室で検査したカリフォルニアの二斑タコと同じ温度追跡RNA関連の変化を示したことを発見した。

人間や他の哺乳類とは異なり、タコは自分で体温を調節することができません。 したがって研究者らは、RNA編集が無脊椎動物のニューロンを温度変動から守る役割を果たしているのではないかと疑っている。 「生物は異なるアイソフォームを発現することを選択しており、それぞれが独自の状況でより優れています」とアイゼンバーグ氏は言います。 「哺乳類でこのようなことが起こった例は一例もありません。」

インディアナ大学ブルーミントン校の生物学者ヘザー・ハンドリー氏は、この研究には関与していないが、この新しい論文を「真の力」と呼んだ。

「この研究は、RNA編集が動的に調節できることを証明するデータの増加に加えられるものです」と彼女は言う。 「これまでの研究は主に発生と疾患の際の制御に焦点を当てていたが、今回の研究は、RNA編集が温度などの環境変化に応じてタンパク質の機能を適応させる分子的方法として機能することを実証した。」

ローゼンタール氏、アイゼンバーグ氏らは、タンパク質生産の変化を引き起こす可能性のある追加の要因（pHや酸素レベル、社会環境など）を調査することで、この種の研究を継続する予定だ。 「RNA編集による適応性はどのくらい広いのでしょうか？」 とローゼンタールは言います。 「やるべき興味深い仕事がたくさんある。」