Polvos redesenham seus cérebros quando ficam com frio

Os polvos estão entre os animais mais inteligentes do planeta e alguns dos mais estranhos. Eles têm o mesmo número de neurônios que os cães, mas mais da metade dessas células estão distribuídas pelos oito braços do escorregadio cefalópode, em vez de estarem contidas no cérebro central.

Como os pesquisadores relataram em 8 de junho em célula, A anomalia neurológica só fica mais estranha a partir daí. E eles descobriram que os polvos têm a capacidade para recodificar seus neurônios Em resposta às mudanças de temperatura, essas células produzem diferentes proteínas. Como as pessoas que ajustam suas roupas para combinar com o clima lá fora, os polvos editam seu RNA, uma molécula genética que carrega instruções de DNA para a produção de proteínas – as unidades funcionais das células. Os pesquisadores acreditam que essas “adaptações cerebrais” ajudam os polvos a se adaptarem ao calor ou ao frio quando as estações mudam. Eles fazem isso “em uma extensão extraordinária”, diz o co-autor Joshua Rosenthal, biólogo do Laboratório de Biologia Marinha em Woods Hole, Massachusetts.

A modificação do RNA ocorre quando uma força externa ativa certas enzimas dentro das células do corpo que então fazem alterações químicas no RNA. Dependendo das mudanças, as células produzem diferentes formas, ou isoformas, das proteínas. Como o RNA é uma molécula transitória, quaisquer alterações feitas na informação genética que ele carrega não serão permanentes – uma característica que, em teoria, o torna uma ferramenta poderosa para a adaptação em movimento às mudanças nas condições ambientais.

A modificação do RNA em humanos afeta a produção de proteínas em menos de 3% dos genes, enquanto Rosenthal e seus colegas descobriram anteriormente que Todas as espécies avançadas de cefalópodesOu seja, todos os cefalópodes, exceto o Nautilus, podem recodificar a maioria das proteínas neuronais.

Os pesquisadores queriam acompanhar esse trabalho anterior para ver quais fatores poderiam levar à modificação do RNA em cefalópodes. Eles começam com a mudança de temperatura porque é uma condição ambiental direta que flutua sazonalmente ou mesmo diariamente.

Os cientistas coletaram pela primeira vez dezenas de polvos selvagens da Califórnia (polvo bimaculoides), espécie cujo genoma já foi sequenciado. Eles aclimataram os animais em tanques contendo água morna ou fria. Depois de várias semanas, os pesquisadores examinaram cerca de 60.000 locais previamente identificados nos genomas dos animais onde as enzimas modificam o RNA. Eles descobriram que cerca de um terço desses locais havia mudado e que essas mudanças aconteceram rapidamente, em uma escala de horas a alguns dias. “Esperávamos ver aqui e ali alguns locais que mudaram, mas não, isso foi uma coisa muito global”, disse o co-autor sênior Eli Eisenberg, físico da Universidade de Tel Aviv cuja pesquisa se concentra no RNA.

A equipe descobriu que quase todas as mudanças foram causadas pelo frio. Entre essas mudanças estavam aquelas que codificam classes específicas de proteínas envolvidas nas membranas celulares, funções de sinapse (que transmitem sinais nervosos), autofagia (morte celular programada) e ligação de cálcio (que desempenha vários papéis nos neurônios). Os pesquisadores confirmaram que as isoformas criadas pelo RNA modificado mudaram de função, mas “ainda não sabemos como essas milhares de mudanças, ou algumas delas, promovem a adaptação”, diz Eisenberg. “Entender o impacto global de todas as mudanças na cerimônia é deixado para estudos futuros.”

Finalmente, a equipe também coletou polvos selvagens – incluindo outra espécie intimamente relacionada, o polvo de duas manchas de Verrill (Polvo Bimaculatus) – no verão e no inverno. Os pesquisadores descobriram que esses indivíduos mostraram as mesmas mudanças relacionadas ao RNA de rastreamento de temperatura que os polvos de duas manchas da Califórnia que testaram em laboratório.

Ao contrário dos humanos e de outros mamíferos, os polvos não conseguem regular sua própria temperatura. Os pesquisadores, portanto, suspeitam que a edição de RNA desempenha um papel na proteção dos neurônios dos invertebrados das flutuações de temperatura. “Um organismo escolhe expressar diferentes isoformas, e cada uma é melhor em sua própria situação”, diz Eisenberg. “Não há sequer um único exemplo disso ocorrendo em mamíferos.”

Heather Hundley, bióloga da Indiana University Bloomington, que não participou da pesquisa, chamou o novo artigo de “uma verdadeira potência”.

“Este trabalho contribui para o crescente corpo de dados demonstrando que a edição de RNA pode ser regulada dinamicamente”, diz ela. “Embora o trabalho anterior tenha se concentrado principalmente na regulação durante o desenvolvimento e a doença, este trabalho demonstra que a edição de RNA pode servir como uma maneira molecular de adaptar a função da proteína em resposta a mudanças ambientais na temperatura”.

Rosenthal, Eisenberg e seus colegas planejam continuar esse tipo de estudo investigando fatores adicionais que podem levar a mudanças na produção de proteínas, como pH e níveis de oxigênio ou ambiente social. “Quão ampla é essa adaptabilidade por meio da edição de RNA?” afirma Rosenthal. “Há muito trabalho interessante a ser feito.”