Lorsque la température de l'eau change, les moteurs moléculaires des céphalopodes changent aussi

Apr 21, 2023

Les céphalopodes sont une grande famille d'animaux marins qui comprend les pieuvres, les seiches et les calmars. Ils vivent dans tous les océans, des eaux tropicales chaudes et peu profondes aux profondeurs abyssales proches du point de congélation. Plus remarquablement, rapportent deux scientifiques de l'Université de Californie à San Diego dans une nouvelle étude, au moins certains céphalopodes possèdent la capacité de recoder les moteurs protéiques dans les cellules pour s'adapter "à la volée" à différentes températures de l'eau.

Écrivant dans l'édition du 8 juin 2023 de Cell, premier auteur Kavita J. Rangan, PhD, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de l'auteur principal Samara L. Reck-Peterson, PhD, professeur dans les départements de médecine cellulaire et moléculaire à l'UC La San Diego School of Medicine and Cell and Developmental Biology de l'UC San Diego et un chercheur de l'Institut médical Howard Hughes décrivent comment le calmar côtier opalescent (Doryteuthis opalescens) utilise le recodage de l'ARN pour modifier les acides aminés au niveau des protéines, améliorant ainsi la fonction des molécules. moteurs qui remplissent diverses fonctions au sein des cellules dans les eaux plus froides.

Le recodage de l'ARN permet aux organismes de modifier les informations génétiques du modèle génomique pour créer de nouvelles protéines. Le processus est rare chez l'homme mais est courant chez les céphalopodes à corps mou, tels que D. opalescens, qui effectue des migrations de frai saisonnières le long de la côte de San Diego.

"Les céphalopodes comme D. opalescens sont remarquables pour leurs grands systèmes nerveux, leurs innovations corporelles et leurs comportements complexes", a déclaré Rangan, "et leur utilisation intensive du recodage de l'ARN a soulevé de nombreuses questions sur la manière dont ce processus pourrait être impliqué dans la réponse aux signaux environnementaux comme la température. "

Dans la nouvelle étude, Rangan et Reck-Peterson ont examiné les changements apportés à une paire de protéines dans les cellules de calmar qui servent de moteurs moléculaires transportant une variété de cargaisons intracellulaires le long des autoroutes cellulaires appelées microtubules. Plus précisément, les chercheurs se sont concentrés sur les protéines motrices moléculaires appelées kinésine et dynéine, qui sont toutes deux fondamentales pour le transport dans toutes les cellules, y compris les neurones. Chez l'homme, les mutations des deux moteurs sont liées à des maladies neurodégénératives.

Travaillant avec des nouveau-nés de calmars vivants à la Scripps Institution of Oceanography, Rangan a découvert que le recodage de la kinésine augmentait chez les animaux alors qu'ils connaissaient des températures de l'eau océanique plus froides. Rangan a ensuite recréé des protéines de kinésine recodées en utilisant la technologie de l'ADN recombinant et la biochimie. Elle a ensuite mesuré le mouvement de molécules motrices uniques à l'aide d'une microscopie optique avancée et a découvert que les moteurs de kinésine recodés fonctionnaient mieux à des températures froides.

"Les travaux suggèrent que les calmars peuvent ajuster leur protéome (l'ensemble des protéines d'un organisme) à la volée en réponse aux changements de température de l'océan", a déclaré Reck-Peterson. "On peut supposer que cela permet à ces ectothermes marins - des animaux qui dépendent de sources externes de chaleur corporelle - de survivre et de prospérer dans une large gamme de températures océaniques."

Les scientifiques ont également découvert que le recodage de l'ARN variait d'un tissu à l'autre, générant de nouvelles variantes de kinésine avec des propriétés de mouvement distinctes.

"Ce travail soutient l'idée que le recodage dans les céphalopodes est important pour régler dynamiquement la fonction des protéines afin de répondre aux besoins physiologiques et de s'acclimater aux conditions environnementales changeantes", a déclaré Reck-Peterson. "Ces animaux adoptent une approche tout à fait unique pour s'adapter à leur environnement."

Rangan a déclaré que les résultats suggèrent également que "l'éditome" du calmar peut être une ressource précieuse pour mettre en évidence les régions de molécules qui se prêtent à la plasticité ou au changement. Elle développe actuellement une base de données qui comprend l'éditome entier du calmar à différentes températures océaniques.

« Dans les protéines hautement conservées, comme la kinésine et la dynéine, les sites de recodage des céphalopodes peuvent indiquer des résidus d'importance fonctionnelle négligés, a déclaré Rangan, « et cela a des implications plus larges pour comprendre la fonction de base des protéines ainsi que pour concevoir des protéines avec des fonctions spécifiques. Les céphalopodes pourraient nous montrer où chercher et quels changements apporter."

Cette recherche a été financée par le Howard Hughes Medical Institute, les National Institutes of Health (NIGMS) et la Life Sciences Research Foundation.

Tenez-vous au courant de toutes les dernières nouvelles de l'UC San Diego. Abonnez-vous à la newsletter aujourd'hui.

Vous avez été abonné avec succès à la newsletter UC San Diego Today.