توانایی شگفت‌انگیز ماهی مرکب؛
تغییر دستور ساخت پروتئین‌ها بدون دست‌کاری DNA

پژوهشگران دریافته‌اند ماهی‌های مرکب می‌توانند با ویرایش مولکول RNA، ویژگی‌های پروتئین‌های خود را تغییر دهند؛ قابلیتی کم‌نظیر که بدون تغییر در DNA، تنوع پروتئینی گسترده‌ای ایجاد می‌کند و ممکن است در سازگاری این جانوران با شرایط محیطی و عملکرد پیچیده مغزشان نقش داشته باشد.

به گزارش سیناپرس، سرپایانی مانند ماهی مرکب، اختاپوس و سپیداج به دلیل هوش و توانایی‌های زیستی منحصربه‌فرد خود همواره مورد توجه دانشمندان بوده‌اند. اکنون پژوهشی جدید نشان می‌دهد این جانوران از سازوکاری برخوردارند که به آن‌ها اجازه می‌دهد دستورالعمل‌های ساخت پروتئین را تغییر دهند، بی‌آنکه نقشه ژنتیکی اصلی سلول، یعنی DNA، دست‌کاری شود.

در این سازوکار که «ویرایش RNA با واسطه آنزیم ADAR» نام دارد، برخی اجزای مولکول RNA پس از رونویسی از DNA تغییر می‌کنند. از آنجا که RNA در ساخت پروتئین‌ها نقش دارد، این تغییرات می‌توانند به تولید پروتئین‌هایی با ویژگی‌ها و عملکردهای متفاوت منجر شوند.

به بیان ساده، می‌توان این فرایند را به تغییر یک دستور آشپزی پیش از آماده‌شدن غذا تشبیه کرد؛ در حالی که دستور اصلی همچنان دست‌نخورده باقی می‌ماند.

ویرایش RNA چگونه عملکرد سلول را تغییر می‌دهد؟

پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در سان‌فرانسیسکو در این مطالعه، مجموعه پروتئین‌های ماهی مرکب ساحلی باله‌بلند (Doryteuthis pealeii) را بررسی کردند تا مشخص شود ویرایش RNA چه تأثیری بر عملکرد پروتئین‌ها دارد.آن‌ها نزدیک به هشت هزار جایگاه ویرایش را در بیش از دو هزار پروتئین بررسی کردند و فعالیت این فرایند را در دو بخش بدن جانور، یعنی لوب بینایی مغز و آبشش‌ها، با یکدیگر مقایسه کردند.

نتایج نشان داد این تغییرات تنها به ساخت پروتئین‌های متفاوت محدود نمی‌شوند؛ بلکه می‌توانند بر فعالیت، پایداری، محل استقرار پروتئین در سلول و نحوه تعامل آن با سایر پروتئین‌ها نیز اثر بگذارند.

فعالیت ویرایش RNA در لوب بینایی، بخشی مهم از دستگاه عصبی مرکزی ماهی مرکب که در پردازش اطلاعات دیداری نقش دارد، گسترده‌تر و پیچیده‌تر از آبشش‌ها بود. این تفاوت می‌تواند با پیچیدگی دستگاه عصبی سرپایان ارتباط داشته باشد، هرچند برای اثبات رابطه دقیق میان این دو ویژگی به پژوهش‌های بیشتری نیاز است.

تولید پروتئین‌های تازه بدون تغییر در DNA

یکی از یافته‌های قابل توجه این پژوهش، شناسایی حدود پنج هزار پروتئین کوتاه بود که در مجموعه مرجع پروتئین‌های ماهی مرکب یا پایگاه داده معتبر Swiss-Prot ثبت نشده بودند.

پژوهشگران همچنین دریافتند ویرایش RNA می‌تواند محل قرارگیری برخی پروتئین‌ها را در سلول تغییر دهد و بر عملکرد اندامک‌هایی مانند میتوکندری اثر بگذارد. میتوکندری‌ها مسئول بخش عمده تولید انرژی مورد نیاز سلول هستند.

بر اساس یافته‌های این مطالعه، تغییرات ناشی از ویرایش RNA ممکن است به پایداری بیشتر میتوکندری‌های ماهی مرکب در برابر شرایط محیطی و بهبود فرایند بازیافت اجزای سلولی کمک کند. همچنین احتمال دارد این تغییرات بر سامانه کراتین، که در تأمین سریع انرژی نقش دارد، اثر بگذارند؛ موضوعی که می‌تواند برای حرکات سریع و فرایندهای پیچیده عصبی اهمیت داشته باشد.

نکته مهم آن است که این تغییرات در سطح RNA رخ می‌دهند و به تغییر مستقیم توالی DNA منجر نمی‌شوند. بنابراین، سلول می‌تواند برخی ویژگی‌های پروتئین‌ها را تغییر دهد، بدون آنکه توالی ژنتیکی اصلی خود را بازنویسی کند.

ظرفیتی عظیم که هنوز همه ابعاد آن شناخته نشده است

توانایی گسترده سرپایان در ویرایش RNA از مدت‌ها پیش توجه دانشمندان را جلب کرده بود، اما پژوهش جدید نشان می‌دهد پیامدهای این فرایند بسیار فراتر از تغییر محدود چند پروتئین است و می‌تواند طیف وسیعی از عملکردهای سلولی را تحت تأثیر قرار دهد.

با این حال، هنوز مشخص نیست ماهی مرکب در شرایط طبیعی چه تعداد از حالت‌های پروتئینی بالقوه را واقعاً تولید می‌کند و هرکدام چه نقشی در بقا، سازگاری محیطی یا توانایی‌های شناختی این جانور دارند.

پژوهشگران معتقدند شناخت دقیق‌تر این سازوکار می‌تواند به درک بهتر رابطه میان ویرایش RNA، پیچیدگی دستگاه عصبی و تنوع عملکرد پروتئین‌ها کمک کند.این پژوهش در نشریه علمی Cell منتشر شده است.