Cientistas liderados pelo Marine Biological Laboratory, instituto de pesquisa em Woods Hole, em Massachusetts, nos Estados Unidos, descobriram que o polvo-de-duas-manchas-da-califórnia (Octopus bimaculoides) altera a edição de RNA para proteger o cérebro na água fria. Quando os animais ficam expostos a temperaturas de 13 °C, o organismo aumenta a recodificação de proteínas em 13.285 locais do sistema nervoso sem modificar a sequência original do DNA.
O trabalho foi publicado em 8 de junho de 2023 na revista científica Cell, sob a coordenação de Joshua J. C. Rosenthal, cientista sênior do Marine Biological Laboratory (afiliado à Universidade de Chicago), e de Eli Eisenberg, pesquisador da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Tel Aviv. O biólogo marinho Matthew A. Birk, do Marine Biological Laboratory e professor assistente na Saint Francis University, na Pensilvânia, assina como primeiro autor. “Geralmente pensamos que nossa informação genética é fixa, mas o ambiente pode influenciar a forma como você codifica proteínas, e nos cefalópodes isso acontece em escala massiva”, disse Rosenthal, em tradução livre.
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Testes com o Octopus bimaculoides e dados da pesquisa na revista Cell
Para medir a reação térmica dos moluscos em laboratório, a equipe aclimatizou exemplares da espécie Octopus bimaculoides em tanques com duas temperaturas distintas, ambas dentro da faixa natural do animal. Nos indivíduos mantidos em água quente, a edição de RNA com impacto na formação de proteínas subiu em uma fração menor de pontos do gânglio estrelado, estrutura que integra o sistema nervoso do polvo.
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Os dados levantados pelos pesquisadores detalham a proporção das alterações moleculares e os parâmetros do estudo:
- Artigo científico: Temperature-dependent RNA editing in octopus extensively recodes the neural proteome (DOI: 10.1016/j.cell.2023.05.004).
- Tanques de água fria: temperatura de 13 °C (55 °F), que gerou aumento significativo de edição de RNA em 13.285 locais do sistema nervoso.
- Tanques de água quente: temperatura de 22 °C (72 °F), que registrou aumento de edição em 550 locais.
- Alcance no genoma da espécie: o Octopus bimaculoides possui cerca de 60.000 locais conhecidos de edição de RNA, dos quais aproximadamente um terço muda diante da queda de temperatura.
- Tempo de resposta biológica: as mudanças começam em questão de horas após a variação térmica e atingem um estado estável em cerca de 4 dias.
Ação das enzimas ADAR e ajuste das proteínas cinesina-1 e sinaptotagmina
A adaptação biológica identificada nos polvos ocorre por meio de um mecanismo químico conhecido como edição de RNA do tipo A-para-I, mediado por enzimas chamadas ADAR nos tecidos nervosos. Nesse processo, a molécula de adenosina é convertida em inosina dentro do RNA mensageiro, que funciona como um roteiro temporário para a fabricação de proteínas. Como a estrutura celular lê a inosina de maneira semelhante à guanosina, a célula passa a produzir proteínas com aminoácidos ajustados para o frio, mantendo o código genético do DNA intacto.
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Os pesquisadores analisaram em detalhes o efeito dessa recodificação sobre duas proteínas essenciais para o funcionamento dos neurônios quando o frio desacelera as reações químicas do corpo. Uma delas é a cinesina-1, proteína motora encarregada de transportar cargas pelo interior dos axônios ao longo dos microtúbulos, que teve a velocidade de transporte calibrada após a edição. A segunda é a sinaptotagmina, proteína que atua na liberação de neurotransmissores dependente de íons de cálcio nas sinapses, a comunicação entre células nervosas, cuja afinidade de ligação ao cálcio foi reduzida pelo ajuste molecular.
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“A recodificação de RNA dá aos organismos a opção de expressar um conjunto diversificado de proteínas quando e onde escolherem. Nos cefalópodes, a maior parte da recodificação é para proteínas que são realmente importantes para a função do sistema nervoso, então a pergunta natural é se eles estão usando isso para se aclimatar às mudanças em seu ambiente físico”, afirmou Rosenthal.
Antecedentes de 2015 em lulas e comparação com os genes humanos
A necessidade desse mecanismo está ligada ao fato de os cefalópodes coleoides, subclasse de moluscos de corpo mole que reúne polvos, lulas e chocos, serem animais ectotérmicos, ou seja, que não regulam a própria temperatura corporal. Por causa dessa característica fisiológica, o cérebro e todo o sistema nervoso desses animais ficam diretamente expostos às oscilações térmicas da água provocadas pela mudança de marés, pela profundidade e pela passagem das estações do ano. Nos seres humanos, apenas cerca de 3% dos genes geram produtos proteicos afetados pela edição de RNA, enquanto os cefalópodes coleoides recodificam a maioria de suas proteínas neurais.
Em 2015, Joshua Rosenthal e outros pesquisadores já haviam demonstrado que a lula comum (Doryteuthis pealeii) edita cerca de 60% dos transcritos de RNA mensageiro em seu cérebro. Naquela época, contudo, a equipe ainda não havia identificado qual fator do ambiente acionava a edição em larga escala.
Coleta de polvos selvagens no inverno e no verão confirma padrão
Para verificar se a resposta observada nos tanques do Marine Biological Laboratory se repetia no oceano, o biólogo Matthew Birk monitorou a temperatura da água perto de tocas de polvos durante o inverno e no final do verão. O pesquisador capturou espécimes selvagens de Octopus bimaculoides e de uma espécie aparentada, o Octopus bimaculatus, em seus habitats naturais.
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A análise genética dos animais retirados do mar confirmou o mesmo padrão elevado de edição de RNA induzida pelo frio sazonal, indicando que o processo atende a transições graduais de estação, e não a mudanças bruscas de temperatura. “Estamos acostumados a pensar que todos os seres vivos são pré-programados desde o nascimento com um certo conjunto de instruções. A ideia de que o ambiente pode influenciar a informação genética, como mostramos nos cefalópodes, é um conceito novo”, declarou Rosenthal.
