Cuando cambia la temperatura del agua, los motores moleculares de los cefalópodos también lo hacen

Apr 21, 2023

Los cefalópodos son una gran familia de animales marinos que incluye pulpos, sepias y calamares. Viven en todos los océanos, desde aguas tropicales cálidas y poco profundas hasta profundidades abisales casi heladas. Más notablemente, informan dos científicos de la Universidad de California en San Diego en un nuevo estudio, al menos algunos cefalópodos poseen la capacidad de recodificar motores de proteínas dentro de las células para adaptarse "sobre la marcha" a diferentes temperaturas del agua.

Escribiendo en la edición del 8 de junio de 2023 de Cell, la primera autora Kavita J. Rangan, PhD, investigadora postdoctoral en el laboratorio de la autora principal Samara L. Reck-Peterson, PhD, profesora en los departamentos de Medicina Celular y Molecular de la UC San Diego School of Medicine and Cell and Developmental Biology en UC San Diego y un investigador del Instituto Médico Howard Hughes, describen cómo el calamar de bajura opalescente (Doryteuthis opalescens) emplea la codificación de ARN para cambiar los aminoácidos a nivel de proteína, mejorando la función de molecular motores que llevan a cabo diversas funciones dentro de las células en aguas más frías.

La recodificación de ARN permite que los organismos editen la información genética del plano genómico para crear nuevas proteínas. El proceso es raro en los humanos, pero es común en los cefalópodos de cuerpo blando, como D. opalescens, que realiza migraciones estacionales de desove a lo largo de la costa de San Diego.

"Los cefalópodos como D. opalescens son notables por sus grandes sistemas nerviosos, innovaciones corporales y comportamientos complejos", dijo Rangan, "y su amplio uso de la codificación de ARN ha planteado muchas preguntas sobre cómo este proceso podría estar involucrado en la respuesta a señales ambientales como la temperatura". "

En el nuevo estudio, Rangan y Reck-Peterson observaron cambios en un par de proteínas en células de calamar que sirven como motores moleculares que transportan una variedad de cargas intracelulares a lo largo de carreteras celulares llamadas microtúbulos. Específicamente, los investigadores se centraron en las proteínas motoras moleculares llamadas kinesina y dineína, las cuales son fundamentales para el transporte dentro de todas las células, incluidas las neuronas. En humanos, las mutaciones en ambos motores están relacionadas con enfermedades neurodegenerativas.

Trabajando con crías de calamar vivas en la Institución Scripps de Oceanografía, Rangan descubrió que la codificación de la kinesina aumentaba en los animales a medida que experimentaban temperaturas más frías en el agua del océano. Luego, Rangan recreó proteínas de quinesina recodificadas utilizando tecnología de ADN recombinante y bioquímica. Luego midió el movimiento de las moléculas de un solo motor utilizando microscopía de luz avanzada y descubrió que los motores de cinesina recodificados funcionaban mejor a bajas temperaturas.

"El trabajo sugiere que los calamares pueden ajustar su proteoma (el complemento completo de proteínas de un organismo) sobre la marcha en respuesta a los cambios en la temperatura del océano", dijo Reck-Peterson. "Se puede especular que esto permite que estos ectotermos marinos, animales que dependen de fuentes externas de calor corporal, sobrevivan y prosperen en una amplia gama de temperaturas oceánicas".

Los científicos también descubrieron que la codificación del ARN variaba según los tejidos, generando nuevas variantes de cinesina con distintas propiedades de movimiento.

"Este trabajo respalda la idea de que la recodificación en los cefalópodos es importante para ajustar dinámicamente la función de la proteína para satisfacer las necesidades fisiológicas y aclimatarse a las condiciones ambientales cambiantes", dijo Reck-Peterson. "Estos animales están adoptando un enfoque completamente único para adaptarse a su entorno".

Rangan dijo que los hallazgos también sugieren que el "editoma" de calamar puede ser un recurso valioso para resaltar regiones de moléculas que son susceptibles de plasticidad o cambio. Actualmente está desarrollando una base de datos que incluye todo el editoma del calamar a través de diferentes temperaturas oceánicas.

"En proteínas altamente conservadas, como la cinesina y la dineína, los sitios de codificación de cefalópodos pueden apuntar a residuos pasados ​​por alto de importancia funcional", dijo Rangan, "y esto tiene implicaciones más amplias para comprender la función básica de la proteína, así como para diseñar proteínas con funciones específicas". Los cefalópodos pueden mostrarnos dónde mirar y qué cambios hacer".

Esta investigación fue financiada por el Instituto Médico Howard Hughes, los Institutos Nacionales de Salud (NIGMS) y la Fundación de Investigación de Ciencias de la Vida.

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