변온동물인 문어는 체온조절 기능을 체내에 갖추고 있지 않습니다. 따라서 문어의 뇌는 수온의 변화에 항상 위험에 처해 있습니다. 그러나 매우 높은 지능을 가진 문어는 수온의 변화에 따라 신경세포의 RNA를 그 자리에서 재작성하는 기능을 갖추고 있습니다. 그 결과 문어는 수온의 고저에 대응하고 있다는 연구결과가 시카고대학 해양생물학연구소의 조슈아 로젠탈 씨 연구팀에 의해 보고되었습니다.
Octopuses Can Rewire Their 'Brains' by Editing Their Own RNA on The Fly : ScienceAlert
https://www.sciencealert.com/octopuses-can-rewire-their-brains-by-editing-their-own-rna-on-the-fly
Octopuses Can Rewire Their 'Brains' by Editing Their Own RNA on The Fly
Octopuses have found an incredible way to protect the more delicate features of their nervous system against radically changing temperatures.
www.sciencealert.com
Octopuses rewire their brains to adapt to sea | EurekAlert!
https://www.eurekalert.org/news-releases/991042
Octopuses rewire their brains to adapt to seasonal temperature shifts
Octopuses don’t thermoregulate, so their powerful brains are exposed to—and potentially threatened by—changes in temperature. Researchers report June 8 in the journal Cell that two-spot octopuses adapt to seasonal temperature shifts by producing diff
www.eurekalert.org
돌연변이는 여러 세대에 걸쳐 지속될 수 있는 돌이킬 수 없는 변화이지만 RNA 재작성은 개체가 환경변화에 적응하기 위해 수행되는 일시적인 수단입니다. 일반적으로 RNA의 재작성은 많은 식물에서 이루어지고 있지만 동물에서는 문어나 오징어 등의 두족류 이외에서는 드물다고 여겨지고 있습니다.
로젠탈 씨는 “RNA를 재작성함으로써 생물은 언제 어디서나 다양한 단백질을 발현시킬 수 있다”며 “두족류에 의한 RNA의 재작성은 환경변화에 적응하기 위한 수단인지에 대해서는 지금까지 밝혀지지 않았다”고 설명했습니다. 그래서 연구팀은 문어가 수온의 변화에 적응하기 위해서 RNA를 재작성하는지, 또 RNA를 재작성으로 문어의 뇌내의 단백질의 기능에 영향이 있는지 여부를 조사했습니다. 로젠탈 씨 연구팀에 의하면 야생 문어는 다양한 수심으로 이동했을 때의 급격한 수온의 변화와 계절의 변화와 같은 완만한 수온 변화의 양쪽에 노출되고 있다고 합니다.
연구팀은 RNA의 재작성이 수온변화와 관련이 있는지를 조사하기 위해 야생의 '캘리포니아 투스팟 문어'를 포획하여 따뜻한 바다를 본뜬 22℃의 수조와 차가운 바다를 본뜬 13℃의 수조로 나누어 각각 순응시켰습니다. 몇 주 후 각 문어의 RNA를 DNA와 비교하여 이미 알려진 편집 부위 60,000개 이상에서 RNA 편집이 이루어진 흔적을 발견했습니다.
텔아비브 대학의 에리 아이젠버그 씨는 “수온에 적응하기 위한 RNA의 재작성은 이번 조사를 실시한 약 6만 곳의 편집 부위 중 약 3분의 1이 되는 2만 곳 이상의 부분에서 관측되었다”고 보고했습니다. 또 "재작성이 이루어지는 RNA는 신경계에 관련되는 RNA인 것이 많아 차가운 해수의 문어 쪽이 더 자주 RNA의 재작성을 했다"고 덧붙였습니다.
다음으로 연구팀은 문어의 RNA 재작성이 이루어지는 타이밍에 대해 조사를 실시했습니다. 실험에서는 문어의 유체를 사용하여 약 20시간에 걸쳐 14℃에서 24℃까지 0.5℃ 단위로 수온을 상승시켰습니다. 또한 동시에 24℃에서 14℃까지 0.5℃씩 수온을 저하시키는 실험도 실시했습니다. 그리고 수온 변화 전, 수온 변화 직후, 4일 후의 시점에서의 RNA 재작성의 정도를 측정했습니다. 실험 결과 수온변화의 완료로부터 1일 이내에 RNA의 큰 변화가 이루어지고 있는 것이 관측되었고 4일 후의 시점에서는 그 후에도 지속되는 새로운 RNA의 상태로의 변화가 완료되었습니다. 세인트 프란시스 대학의 매튜 버크 씨는 "우리는 지금까지 문어 RNA의 재작성이 몇 주 이내에 이루어지는지 아니면 몇 시간 내에 이루어지는지 전혀 알지 못했다"고 말했습니다.
다음으로 연구팀은 문어의 RNA 재작성이 단백질의 구조나 기능에 영향을 미치는지 조사하기 위해 신경계의 기능에 중요한 키네신과 시냅토타그민이라는 2가지의 단백질에 주목했고 RNA의 재작성 전후를 비교했습니다. 비교 결과 따뜻한 환경에 놓인 문어에서도, 차가운 환경에 놓인 문어에서도 마찬가지로 RNA의 재작성에 의해 이러한 단백질의 구조에 변화가 생겼고 그 기능에 영향을 주고 있는 것이 확인되었습니다.
또한 RNA의 재작성에 의한 수온변화에의 적응은 이번 조사된 캘리포니아 투스팟 문어뿐만 아니라 근연종의 베릴 투스포트 문어에서도 마찬가지로 관측되었기 때문에 연구팀은 다른 문어나 오징어에서도 온도에 적응하기 위한 RNA의 재작성을 하고 있다고 추측했습니다.
그러나 문어가 이 RNA의 재작성을 어떻게 제어하고 있는지, 왜 수온이 낮을수록 빈번한 RNA의 재작성이 이루어지고 있는지 등에 대해서는 불분명한 점이 많다는 것. 연구팀은 앞으로 이러한 의문점을 해결함과 동시에 문어나 다른 두족류가 저산소 상태나 수질 오염 등의 수중 환경에 따라 RNA의 재작성을 하고 있는지에 대해서 조사를 할 예정이라고 합니다.
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