L’evoluzione alternativa dei cefalopodi

Alcuni cefalopodi modificano spesso la sequenza del proprio mRNA con un processo detto “editing dell’RNA”, che comporta alterazioni a livello del proteoma. Tale processo potrebbe avere molta importanza in termini di adattamento all’ambiente e di evoluzione di comportamenti complessi, ma si traduce in un’evoluzione più lenta del genoma

Il “dogma centrale” della biologia prevede che l’RNA sia un intermediario nella trasmissione dell’informazione genetica, e agisca affinché dopo la trascrizione a partire dal DNA, questo venga poi tradotto fedelmente in proteine. Esistono, in realtà, diversi meccanismi post-trascrizionali che attraverso modifiche di vario tipo a livello dell’RNA messaggero, concorrono ad amplificare la ricchezza dei trascritti e alla diversificazione delle proteine.

L’editing dell’RNA costituisce una di queste modifiche: grazie ad enzimi appartenenti alla famiglia ADAR (adenosine deaminases acting on RNA), la base azotata adenosina viene convertita in inosina; quest’ultima, durante la traduzione viene riconosciuta come guanina, portando quindi alla “lettura” di triplette differenti di basi azotate, e di conseguenza, a proteine differenti. Seppur presente, l’editing dell’RNA non è di solito molto comune e ancor meno conservato tra gli animali. Nell’uomo, per esempio, sono presenti milioni di “siti di editing”, ovvero regioni dell’RNA nelle quali tale processo può avvenire; quasi tutti però, si trovano a livello di porzioni del trascrittoma (l’insieme degli mRNA) che non vengono tradotte, e che pertanto non si “concretizzano” in proteine. Queste considerazioni supportano l’ipotesi che il processo di editing dell’RNA sia neutrale o addirittura dannoso, e solo raramente di tipo adattativo.

Un’eccezione è rappresentata dai calamari: essi mostrano elevati livelli di editing dell’RNA, e i ricercatori si sono interrogati sul significato evolutivo di tale processo.

In uno studio recentemente pubblicato su Cell, Eli Eisenberg ed alcuni colleghi dell’università di Tel Aviv, hanno condotto analisi su diverse specie di cefalopodi, per confrontarne i livelli di editing dell’RNA e cercare di chiarirne le finalità adattative. Sono state prese in considerazione quattro specie appartenenti alla sottoclasse dei coleoidi, caratterizzati da complesse modalità di comunicazione, apprendimento e comportamento: due specie di polpo (Octopus vulgaris e Octopus bimaculoides), un calamaro (Doryteuthis pealeii) e una seppia (Sepia oficianalis). L’analisi è poi stata effettuata sul nautiloide Nautilus pompilius (un cefalopode appartenente alla sottoclasse dei nautiloidei) e sul mollusco gasteropode Aplysia californica.

Le specie analizzate appartenenti ai coleoidi, mostrano livelli di editing dell’RNA molto più elevati rispetto al nautiloide e al gasteropode considerati; inoltre, decine di migliaia dei siti di editing sono in comune a tutti i coleoidi presi in esame. Questi elementi contribuiscono a dimostrare che l’editing dell’RNA, attivato ad elevati livelli, è una caratteristica evolutasi nei coleoidi (o in un loro progenitore comune), dopo la divergenza dei nautiloidei. L’elevata conservazione dei siti di editing lascia intendere che questo processo abbia, all’interno dei coleoidi, un significato adattativo. Come ulteriore conferma di ciò, è da sottolineare il fatto che la maggior parte dei siti conservati siano in corrispondenza di porzioni attive del trascrittoma, e quindi ciò si traduce in un tangibile effetto sul proteoma.

La modifica dell’RNA piuttosto che del DNA è un processo che può essere transitorio, e i cambiamenti possono riguardare in maniera selettiva determinati tessuti o determinate condizioni ambientali; ciò si traduce in una maggiore plasticità fenotipica, molto utile, per esempio, per i processi di acclimatazione. Mantenere funzionanti i siti di editing dell’RNA ha però il suo prezzo: a livello del DNA, il numero di mutazioni nei pressi dei siti di editing è decisamente ridotto, affinché essi siano preservati. Il risultato è un rallentamento del tasso di mutazione (e quindi evoluzione) a di una porzione del genoma.

Poiché l’editing dell’RNA nei coleoidi riguarda soprattutto aspetti legati al sistema nervoso (eccitabilità, morfologia neuronale), la sfida dei ricercatori sarà ora cercare di correlare l’editing stesso alla complessità strutturale e comportamentale osservata in questi organismi.


Riferimento:
Noa Liscovitch-Brauer, Shahar Alon, Hagit T. Porath, Boaz Elstein, Ron Unger, Tamar Ziv, Arie Admon, Erez Y. Levanon, Joshua J. C. Rosenthal, Eli Eisenberg. Trade-off between Transcriptome Plasticity and Genome Evolution in Cephalopods. Cell, (2017). http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.03.025

Immagine di dominio pubblico (licenza CC BY-SA 4.0)