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I polpi sono animali curiosi e intelligenti. Possono uscire da labirinti e risolvere enigmi, utilizzare strumenti e sono maestri del mimetismo. Tutte abilità complesse rese possibili da verbelli grandi e sofisticati e giganti. Il nuovo studio “Temperature-dependent RNA editing in octopus extensively recodes the neural proteome”, pubblicato su Cell da un team di ricercatori guidato da Joshua Rosenthal del Marine Biological Laboratory (MBL) ed Eli Eisenberg dell’università di Tel Aviv rivela un nuovo superpotere di questi cefalopodi: «I polpi sono in grado di modificare le informazioni genetiche per rimodellare rapidamente i loro cervelli quando si confrontano con i cambiamenti nel loro ambiente». Secondo i ricercatori, «Queste scoperte gettano nuova luce sull’incredibile adattabilità di queste creature mutaforma e possono aiutare gli scienziati a progettare terapie per mutazioni problematiche nei nostri stessi corpi».
Al MBL spiegano che «Ogni cellula ha nel suo DNA un insieme finito di istruzioni codificate. La vita, tuttavia, è imprevedibile e quando le circostanze cambiano, gli animali hanno bisogno di flessibilità per acclimatarsi». La nuova ricerca indica che «I polpi e i loro parenti stretti si adattano elegantemente alle sfide ambientali armeggiando con il loro RNA, una molecola intermedia che trasmette le direzioni del DNA».
Nel nuovo studio,i ricercatori statunitensi e israeliani documenta «Un enorme aumento dell’editing dell’RNA quando polpi, calamari e seppie, noti come cefalopodi coleoidi, si acclimatano all’acqua fredda». Dopo aver raffreddato le vasche dei polpi, il team di ricarca ha visto un aumento dell’attività di alterazione delle proteine in oltre 13.000 siti di RNA nel sistema nervoso degli animali. In due di questi casi, hanno studiato come lo scambio di una singola lettera del codice della molecola di RNA alteri la funzione delle proteine prodotte dai neuroni. Secondo Rosenthal, «Attraverso l’editing dell’RNA, i cefalopodi sembrano aver trovato un modo unico per modificare la propria fisiologia. Siamo abituati a pensare che tutti gli esseri viventi siano preprogrammati dalla nascita con un certo insieme di istruzioni, L’idea che l’ambiente possa influenzare l’informazione genetica, come abbiamo dimostrato nei cefalopodi, è un concetto nuovo».
Al MBL spiegano ancora: «Il meccanismo molecolare di una cellula trascrive le istruzioni codificate nel DNA in RNA, parte del quale va a produrre proteine. I ricercatori hanno scoperto che le cellule hanno la capacità di scambiare un membro del codice genetico di quattro lettere, l’adenosina, con una molecola sostitutiva, l’inosina, che si comporta come la guanosina, una delle 4 originali. Mentre lo stesso processo si verifica negli esseri umani e nella maggior parte degli altri animali, solo raramente colpisce l’RNA che è destinato a produrre proteine».
Nello studio “The majority of transcripts in the squid nervous system are extensively recoded by A-to-I RNA editing”, pubblicato su eLife nel 2015, Rosenthal e i suoi colleghi avevano già dimostrato che i calamari impiegano su vasta scala questo tipo di modifica dell’RNA che altera le proteine (A-to-I) e, e in seguito lo hanno dimostrato anche per i polpi. Ma Rosenthal ricorda che dopo quella scoperta «Una grande domanda per noi era: per cosa lo usano?».
Dato che l’editing cambia l’RNA solo temporaneamente, i ricercatori sospettavano che questi animali lo usassero per acclimatarsi al loro ambiente e per il nuovo studio, si sono concentrati sugli effetti di uno di questi fattori, la temperatura, all’interno del sistema nervoso. Al MBL evidenziano che «La temperatura è importante perché governa l’attività degli enzimi, che a loro volta guidano reazioni chimiche cruciali per tutti i processi fisiologici».
Come altri cefalopodi, il polpo a due macchie della California (Octopus bimaculoides) oggetto dello studio non può produrre il suo calore corporeo per contrastare gli abbassamenti di temperatura che accompagnano le maree, i cambiamenti nella profondità dell’acqua e le stagioni. Dopo aver acclimatato alcuni esemplari di questi polpi a temperature che andavano dall’estremità calda del loro range naturale (22 gradi Centigradi) all’estremità fredda (circa 13° C), i ricercatori hanno esaminato il loro RNA e, all’interno del suo codice molecolare, hanno monitorato l’attività nei luoghi in cui già sapevano che si verificava l’editing. Nei polpi ospitati nelle vasche fredde, hanno riscontrato aumenti significativi in 13.285 siti in cui il cambiamento di una lettera altera le proteine. Per quelli nelle vasche calde, hanno trovato aumenti in 550 di questi siti. E ora dicono che «Esperimenti di follow-up hanno suggerito che l’editing dell’RNA può aiutare gli animali ad adattarsi a cambiamenti graduali, ma non a quelli rapidi associati, ad esempio, allo spostamento da acque superficiali più calde a profondità più fredde».
Per corroborare il lavoro di laboratorio, il principale autore dello studio, Matthew Birk , ora alla Saint Francis University in Pennsylvania, ha registrato la temperatura vicino alle tane dei polpi in inverno e alla fine dell’estate, quindi ha catturato gli animali.
Con l’aiuto dei collaboratori dell’università del Michigan e della Texas Tech University, il team ha studiato come l’editing dell’RNA ha modificato la funzione di due proteine che sono vitali per la funzione neurale nei polpi. La prima proteina, la chinesina-1, trasporta il carico lungo i lunghi rami dei neuroni. E hanno così scoperto che «L’editing dell’RNA cambia la velocità alla quale viaggia questa molecola. Allo stesso modo, altera la reattività di una proteina chiamata sinaptotagmina che consente la comunicazione tra i neuroni».
Rosenthal sospetta che «I cefalopodi probabilmente usano questa forma di manipolazione genetica per adattarsi al cambiamento in molti modi, ben oltre l’acclimatamento all’acqua fredda. Penso che i risultati di questo studio siano la punta dell’iceberg» e conclude: «Potrebbe spiegare, in parte, come questi organismi abbiano raggiunto comportamenti sofisticati. I polpi, ad esempio, possono risolvere enigmi meccanici e imitare colori e trame per mimetizzarsi. Capacità come queste richiedono sistemi nervosi composti da un insieme complesso di proteine. Quali meccanismi usano per creare questa complessità? Credo che l’editing dell’RNA sia uno di questI.
Tratto da 
del 14 Giugno 2023
