Los pulpos rediseñan sus cerebros cuando tienen frío

Los pulpos se encuentran entre los animales más inteligentes del planeta y algunos de los más extraños. Tienen la misma cantidad de neuronas que los perros, pero más de la mitad de estas células se distribuyen a lo largo de los ocho brazos del cefalópodo resbaladizo en lugar de estar contenidas en el cerebro central.

Como informaron los investigadores el 8 de junio en celúla, La anomalía neurológica solo se vuelve más extraña a partir de ahí. Y descubrieron que los pulpos tienen la capacidad recodificar sus neuronas En respuesta a los cambios de temperatura, estas células producen diferentes proteínas. Al igual que las personas que ajustan su ropa para que coincida con el clima exterior, los pulpos editan su ARN, una molécula genética que lleva las instrucciones del ADN para producir proteínas, las unidades de trabajo de las células. Los investigadores creen que estas “adaptaciones cerebrales” ayudan a los pulpos a adaptarse al calor o al frío cuando cambian las estaciones. Hacen esto “en un grado extraordinario”, dice el coautor Joshua Rosenthal, biólogo del Laboratorio de Biología Marina en Woods Hole, Massachusetts.

La modificación del ARN ocurre cuando una fuerza externa activa ciertas enzimas dentro de las células del cuerpo que luego realizan cambios químicos en el ARN. Dependiendo de los cambios, las células producen diferentes formas o isoformas de las proteínas. Debido a que el ARN es una molécula transitoria, cualquier cambio realizado en la información genética que transporta no será permanente, una característica que, en teoría, lo convierte en una herramienta poderosa para adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes.

La modificación del ARN en humanos afecta la producción de proteínas en menos del 3 por ciento de los genes, mientras que Rosenthal y sus colegas encontraron previamente que Todas las especies avanzadas de cefalópodos.Es decir, todos los cefalópodos excepto Nautilus pueden recodificar la mayoría de las proteínas neuronales.

Los investigadores querían hacer un seguimiento de este trabajo anterior para ver qué factores podrían impulsar la modificación del ARN en los cefalópodos. Comienzan con el cambio de temperatura porque es una condición ambiental directa que fluctúa estacionalmente o incluso diariamente.

Los científicos recolectaron por primera vez docenas de pulpos salvajes de California de dos puntos (pulpo bimaculoides), una especie cuyo genoma ya ha sido secuenciado. Aclimataron a los animales a tanques que contenían agua tibia o fría. Después de varias semanas, los investigadores examinaron alrededor de 60.000 sitios previamente identificados en los genomas de los animales donde las enzimas modifican el ARN. Descubrieron que alrededor de un tercio de esas ubicaciones habían cambiado y que esos cambios ocurrieron rápidamente, en una escala de horas a unos pocos días. “Esperábamos ver aquí y allá algunos sitios que cambiaron, pero no, eso fue algo muy global”, dijo el coautor principal Eli Eisenberg, físico de la Universidad de Tel Aviv cuya investigación se centra en el ARN.

El equipo encontró que casi todos los cambios se debieron al frío. Entre esos cambios se encontraban aquellos que codifican clases específicas de proteínas involucradas en las membranas celulares, funciones de sinapsis (que transmiten señales nerviosas), autofagia (muerte celular programada) y unión de calcio (que desempeña varios roles dentro de las neuronas). Los investigadores confirmaron que las isoformas creadas por el ARN modificado cambiaron de función, pero “todavía no sabemos cómo estos miles de cambios, o algunos de ellos, promueven la adaptación”, dice Eisenberg. “Comprender el impacto global de todos los cambios en la ceremonia se deja para estudios futuros”.

Finalmente, el equipo también recolectó pulpos salvajes, incluida otra especie estrechamente relacionada, el pulpo de dos manchas de Verrill (pulpo bimaculatus) – en verano e invierno. Los investigadores encontraron que estos individuos mostraron los mismos cambios relacionados con el ARN de seguimiento de la temperatura que los pulpos de dos puntos de California que probaron en el laboratorio.

A diferencia de los humanos y otros mamíferos, los pulpos no pueden regular su propia temperatura. Por lo tanto, los investigadores sospechan que la edición del ARN desempeña un papel en la protección de las neuronas de los invertebrados de las fluctuaciones de temperatura. “Un organismo elige expresar diferentes isoformas, y cada una es mejor en su propia situación”, dice Eisenberg. “No hay ni un solo ejemplo de que esto ocurra en los mamíferos”.

Heather Hundley, bióloga de la Universidad de Indiana en Bloomington que no participó en la investigación, calificó el nuevo artículo como “una verdadera potencia”.

“Este trabajo se suma al creciente cuerpo de datos que demuestra que la edición de ARN se puede regular dinámicamente”, dice ella. “Si bien el trabajo anterior se centró principalmente en la regulación durante el desarrollo y la enfermedad, este trabajo demuestra que la edición de ARN puede servir como una forma molecular de adaptar la función de la proteína en respuesta a los cambios ambientales de temperatura”.

Rosenthal, Eisenberg y sus colegas planean continuar con este tipo de estudio investigando factores adicionales que podrían conducir a cambios en la producción de proteínas, como el pH y los niveles de oxígeno o el entorno social. “¿Qué tan amplia es esta adaptabilidad a través de la edición de ARN?” dice Rosenthal. “Hay mucho trabajo interesante por hacer”.