Rna-editing beschermt octopussenbrein tegen kou

Octopus bimaculoides past zijn rna aan als de omgevingstemperatuur verandert.

Octopussen krikken hun rna-editingskills op wanneer ze zich in koud water begeven. De aangepaste eiwitten die daaruit voortkomen, houden het zenuwstelsel draaiende.

Om hun brein te beschermen tegen warmte en vooral kou, passen octopussen bij temperatuurschommelingen hun eiwitcoderende rna aan; veranderingen in minstens twee eiwitten zorgen ervoor dat het zenuwstelsel van de koudbloedige weekdieren goed blijft functioneren. Dat demonstreren Amerikaanse en Israëlische onderzoekers 8 juni in Cell bij de California two-spot octopus (Octopus bimaculoides). Ze vermoeden dat het fenomeen wijdverspreid is onder octopussen, pijlinktvissen en zeekatten.

Miljoenen editingsites
Het aanpassen van rna is op zich veelvuldig aanwezig in het dierenrijk: er zijn al miljoenen editingsites in menselijk m-rna en duizenden in muizen geïdentificeerd. Verreweg de meeste daarvan liggen echter op dubbelstrengs rna en beslaan niet-coderende repetitieve elementen die afwijkingen in het aangeboren immuunsysteem moeten voorkomen. Editinglocaties in coderend rna zijn veel zeldzamer: in menselijk rna is dat ongeveer 3 procent, met over het algemeen zeer zwakke aanpassingen.

Bij pijlinktvissen is dat een heel ander verhaal, toont de laatste auteur van de huidige studie al in 2015 aan in eLife: in het coderend rna van hun neuronen blijken ze op grote schaal de nucleotide adenosine te kunnen vervangen met inosine, die de rol van guanine op zich neemt. Later blijkt het fenomeen ook wijdverspreid bij andere cephalopoden, waarbij het merendeel van de betrokken eiwitten belangrijk is voor het functioneren van het zenuwstelsel.

Acclimatiseren
Om te achterhalen in hoeverre octopussen hun rna-editingskills inzetten om zich aan een veranderende omgeving aan te passen, richten de onderzoekers zich op de in Californië en Mexico voorkomende O. bimaculoides. Ze laten in het wild gevangen individuen eerst acclimatiseren in tanks van warm water van 22 graden Celsius of koud water van 13 graden. Na enkele weken kijken ze op hoeveel van de eerder geïdentificeerde zestigduizend potentiële editingsites er veranderingen plaatsvinden. Dat blijkt bij ruim twintigduizend het geval; een derde van de locaties.

Stapjes
Die rna-veranderingen zijn al binnen een dag zichtbaar, concluderen de biologen wanneer ze water met daarin juvenile octopussen met stapjes van 0,5 graden per uur opwarmen van 14 naar 24 graden, en vice versa. Binnen vier dagen vinden er geen veranderingen meer plaats en verkeert het rna in stabiele toestand. Tot slot concluderen de onderzoekers dat hierdoor de structuur en functie verandert van twee eiwitten: kinesine en synaptotagmine. Beide zijn cruciaal voor een goed werkend centraal zenuwstelsel. Kinesine transporteert essentiële goederen langs de lange vertakkingen van het zenuwstelsel, de microtubili, terwijl synaptotagmine betrokken is bij de vorming van synapsen.

‘Het is wel heel bijzonder dat de onderzoekers het grootschalig aanpassen van rna in octopussen koppelen aan een veranderende omgeving, én laten zien dat de functies van twee belangrijke eiwitten daardoor fundamenteel veranderen in de cellen van neuronen’, oordeelt Eve Seuntjens, hoogleraar dierfysiologie en neurobiologie aan de KU Leuven. ‘Twee eiwitten is natuurlijk nog relatief weinig en er liggen nog veel vragen open, maar het is een heel mooi proof of concept.’