Осьминоги – одни из умнейших беспозвоночных животных с высоким уровнем организации нервной системы. Как показали авторы недавнего исследования, опубликованного в Current Biology, сложность нервной системы у осьминогов может быть связана с уникальным строением их рибосом, благодаря которому синтез белка идет с повышенной точностью. Высокая точность трансляции защищает осьминогов от формирования белковых агрегатов – молекулярной основы нейродегенеративных заболеваний.
Octopus bimaculatus
К настоящему моменту установлено, что молекулярной причиной многих нейродегенеративных заболеваний, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона, становятся скопления неуложенных белков – белковые бляшки, которые разрушают нервную ткань. Как сообщается в новом исследовании, у осьминогов имеется уникальное изменение в рибосоме, которое значительно повышает точность трансляции, и поэтому эти животные защищены от формирования белковых бляшек. Ученые также связывают уникальность рибосом осьминогов с высоким уровнем организации нервной системы.
Авторы исследования работали с калифорнийским четырехглазым осьминогом (Octopus bimaculatus). Выделение РНК из тканей животного и ее последующий анализ показали, что в E-сайте (участке рибосомы, откуда выталкивается пустая тРНК) между нуклеотидами G4322 и C4323 в спирали H88 28S рРНК имеется разрыв, который делит единую молекулу на два фрагмента, связанных друг с другом нековалентными взаимодействиями. Удивительно, что столь радикальное изменение затронуло очень консервативный участок рибосомы.
Дальнейший анализ показал, что разрез 28S рРНК происходит уже после транскрипции. Ученые проверили, есть ли этот разрыв у других животных, в том числе близких родственников осьминогов – кальмаров. Оказалось, что этот разрыв оказался эволюционным новшеством именно осьминогов.
Далее авторы работы изучили, какое функциональное значение имеет разрыв в 28S рРНК осьминогов. Они отметили, что рибосомы осьминогов отличаются особой гибкостью A-сайта – участка рибосомы, куда поступают тРНК, связанные с аминокислотами. Ученые «собрали» искусственную систему трансляции, которая позволяет детально изучать рибосомы немодельных организмов in vitro. Используя лишенные рибосом лизаты ретикулоцитов кролика как биохимическую основу, и мРНК, кодирующую репортерный белок – люциферазу (при ее взаимодействии с определенным субстратом происходит свечение, которое можно детектировать), ученые исследовали рибосомы кишечной палочки (Escherichia coli), которые несли точно такую же мутацию, что и рибосомы осьминога. Точность трансляции повысилась и в этом случае. Изменения в рибосомах осьминога действительно дают своему обладателю феноменальную точность трансляции.
Поскольку ошибки в трансляции приводят к ошибочному фолдингу (укладке) белка и формированию белковых бляшек, ученые оценили, как много бляшек содержат ткани осьминога, точнее, нервная ткань, которая острее всего реагирует на формирование белковых агрегатов. По сравнению с нервной тканью кальмара у осьминога бляшек было меньше, и они сами были мельче, но связано ли это с уникальной точностью трансляции? Для ответа на этот вопрос авторы статьи обработали живые кусочки нервной ткани осьминога антибиотиком, который блокирует рибосому, связываясь с ее декодирующим центром. В итоге в нервной ткани возросло число бляшек, они увеличились в размерах, да и в целом ткань осьминога стала походить на ткань кальмара.
Когда такая инновация возникла в ходе эволюции? Осьминогов подразделяют на два подотряда: Incirrata – наиболее изученные пелагические животные со сложной нервной системой и поведением и глубоководные Cirrata, которые обособились более 100 миллионов лет назад и имеют упрощенную нервную систему.
Ученые предположили, что разрыв в H88 произошел как часть эволюционного пути Incirrata к сложной нервной системе и продвинутым поведенческим реакциям. Они выловили осьминога Grimpoeuthis, представителя Cirrata, и изучили его рибосомы. Разрыва в H88 в них не оказалось. Авторы работы предполагают, что усложнение поведения, обусловленное развитием нервной системы, в ходе эволюции шло в параллели с увеличением точности трансляции.
Текст: Елизавета Минина
Evolution of a core ribosomal innovation in octopus by Mitra R, Han R, Scott TJ, et al. Current Biology. 2026;36(16):4059-4068.e9.
DOI: 10.1016/j.cub.2026.07.008.
