1. oldal

A polipokról eddig is tudtuk, hogy roppant furcsa állatok: három szívük van, a papagájéra emlékeztető csőrük, mérgező harapásuk és nyolc karjukat gyakorlatilag különálló agyak irányítják. Egyes fajaik tintát lövellnek ki magukból, szabadulóművésznek sem utolsók, és tökéletesen képesek beleolvadni környezetükbe. Rendkívül intelligensek, képesek eszközöket használni, problémákat megoldani és műszereket tönkretenni. Látványos másságuk ráadásul nemcsak külsejükben, de génjeikben is megnyilvánul.

Egy amerikai-izraeli kutatócsoport ugyanis nemrég igazolta, hogy a polipok és a velük rokon más fejlábúak egy része egy olyan genetikai eljárást gyakorolnak, amely rendkívül ritka az állatvilágban. Az állatok az RNS-szerkesztésnek nevezett módszerrel finomhangolják a genomjukban tárolt információt anélkül, hogy a géneket magukat megváltoztatnák. Mindezt ráadásul olyan kiterjedten teszik, amely egyetlen más állatcsoportra sem jellemző.

„Amikor beszámoltak az eredményekről egy nemrégiben tartott konferencián, mindenki nagyon meglepődött” – mondja Kazuko Nishikura, a Wistar Intézet kutatója. „Én egerekben és emberekben vizsgálom az RNS-szerkesztést, ahol ez csak nagyon korlátozottan nyilvánul meg. A polipok helyzete azonban egészen más. Nem csodálkoznék, ha a dolognak köze lenne rendkívül fejlett agyukhoz is.”

És valóban úgy tűnik, hogy ez a helyzet. Joshua Rosenthal és Eli Eisenberg vizsgálatai alapján a fejlábúak neuronjaiban különösen gyakori az RNS-szerkesztés. Az állatok ennek segítségével kódolják át azokat a géneket, amelyek fontosak idegrendszerük működéséhez. És az is árulkodó, hogy kizárólag az intelligens belsővázas fejlábúak tesznek így, vagyis a polipok, a kalmárok és a tintahalak. A nagyságrendekkel fejletlenebb agyú nautiluszokra ugyanakkor nem jellemző ugyanez. Ahogy az emberre és a többi főemlősre sem.

De miről is van szó? A genetikai információ DNS formájában, azon belül az azt felépítő négyfajta bázis szekvenciájában tárolódik. Ez először RNS-ekre íródik át, amelyek majdnem ugyanazon bázisokból állnak, majd ezek alapján épülnek fel az aminosavakból a fehérjék, amelyek aztán különböző sejtfunkciókat látnak el. Alapesetben tehát a DNS tárolja az információt, az RNS szállítja azt, és végeredményként fehérjéket kapunk.

A valós történet azonban ennél rendszerint sokkal bonyolultabb. Az RNS ugyanis gyakran megváltozik, mielőtt a fehérjék receptjeként szolgálna. Egyes változások nagyok, például méretes darabok vágódnak ki belőle, a szabaddá váló végek pedig összetapadnak, mások pedig egészen aprók, például csak egyetlen bázis íródik át egy másikká. Ezeket a módosulásokat nevezzük összefoglaló néven RNS-szerkesztésnek. A változásokért egy enzimcsoport tagjai, az adenozin-dezaminázok (ADA) felelnek. Ezek ismerik fel a specifikus helyeket, és hajtják végre a módosításokat.

De miért teszik ezt? Az RNS-szerkesztés jelentős része még ma is rejtélyes, és sokszor a célja sem világos. Elméletben a módszerrel bármelyik állat képes lehetne arra, hogy megváltoztassa fehérjéit a DNS átírása nélkül. A gyakorlatban viszont ez nagyon ritkán történik meg. Az emberi gének esetében mindössze 3 százalék esik át ilyen változtatásokon, mielőtt létrejönne a fehérje, és a módosítások java szakaszok kivágásából áll, így a teljes képen nem nagyon változtat a szerkesztés.

A fejlábúaknál viszont más a helyzet. Rosenthal és Eisenberg 2015-ben fedezték fel, hogy a közönséges kalmárban gyanúsan túlműködik az RNS-szerkesztés. Míg az átlagos emlős esetében a folyamat pár száz szakaszt érint, a kalmár 57 ezer változtatást eszközöl RNS-ein. És a változások java az RNS-ek kódoló régióiban történik, vagyis aktívan befolyásolja a létrejött fehérje felépítését. A módosításokból különösen sok figyelhető meg a kalmárok idegsejtjeiben: itt tízszer gyakoribbak a változtatások, mint az állatok más szöveteiben. A módosítások java ennek megfelelően az idegrendszer működésében fontos fehérjéket érinti.

2. oldal

Ezek után a csapat elkezdte vizsgálni a többi fejlábút is. És meglepetésükre a közönséges tintahal, a közönséges polip és a kétpettyes polip szintén rendkívül aktív RNS-szerkesztésről tett tanúságot. Az említett fajok 80–130 ezer helyen változtatnak a bázisok sorrendjén a fehérjeszintézis során. A szintén megvizsgált nautilusz ugyanakkor csak 1000 helyen módosít a genetikai kódon.

Ez a különbség pedig nagyon lényegesnek tűnik. A nautiluszok a fejlábúak legősibb ágához tartoznak, amelynek fejlődése 350–480 millió éve vált külön a többi fejlábú ősétől. A csigáspolipoknak is nevezett állatok azóta nem is nagyon változtak. Egyszerű agy és egyszerű viselkedés jellemzi őket, és RNS-ük gyakorlatilag érintetlen marad a fehérjeszintézis során. A később kialakult belsővázas fejlábúak ugyanakkor jelentős mértékben átírják a genetikai kódot, mielőtt abból fehérjék lesznek. Emellett pedig összetett aggyal és különleges viselkedéssel is rendelkeznek. Véletlen lenne? Nem valószínű.

A kutatócsoport egyik tagja, Noa Liscovitch-Brauer arra is rájött, hogy van nagyjából 1000 változtatási pont, amelyen a belsővázas fejlábúak mindegyike osztozik. Ami azt jelenti, hogy ezekkel már közös elődjük is rendelkezhetett, vagyis az RNS ezen szerkesztési műveletei több százmillió éve részét képezik a fehérjeszintézisnek, és ezzel az állatok sejtszintű működéseinek is. És mivel ennyi ideig megmaradtak, minden bizonnyal fontos változtatásokról van szó.

Amikor az RNS egyik bázisa módosításra kerül, az enzimek a környező bázisok alapján azonosítják be a változtatás helyét. Ez azt jelenti, hogy a szerkesztés során az enzimek a genetikai kód jelentős darabjait – összesen 23–41 százalékát – kerítik el, hogy megkeressék a módosítási helyeket. Ezek a részek aztán az előre szándékolt változtatásokon kívül változatlanok maradnak, ami egyben azt is jelenti, hogy az állatok genomja összességében lassabban változik, mint más élőlényeké. Vagyis hiába tűnnek az alkalmazkodás világbajnokainak, a polipok genomja valójában merev és változatlan.

Rosenthal szerint ennek hátterében az állhat, hogy az RNS átírása révén gyorsabban tudnak adaptálódni a körülményekhez, mint ahogy azt a DNS változásai nyomán tehetnék. Ugyanazon génről ilyen módon létrehozhatnak olyan fehérjéket, amelyek mondjuk forró, és olyanokat is, amelyek hideg körülmények közt működhetnek optimálisan. És az RNS-szerkesztéssel eszközölt változtatások mindegyike ideiglenes, vagyis bármikor visszafordítható.

„A vizsgálat szerint az RNS szerkesztése és átkódolása fontos szerepet játszik a legnagyobb gerinctelenek agyának működésében” – mondja Carrie Albertin, a Chicagói Egyetem kutatója, aki részt vett az első fejlábú genom szekvenálásában. „A gerinces és fejlábú agyak összevetésével pedig talán azt is megérthetjük, hogyan épülnek fel a nagyméretű idegrendszerek.”

Az ugyanakkor továbbra is rejtély, hogy a fejlábúaknak miért van szükségük ennyire sok RNS-szerkesztésre. Nem tudni ugyanis, hogy a változtatások hogyan módosítják viselkedésüket. Elvégre az emberi viselkedés is rendkívül összetett, mi mégsem írjuk át rendszeresen a genetikai kódot a fehérjék szintézise közben. A kérdés tehát nemcsak az, hogy miért hajtanak végre a fejlábúak ennyire sok RNS-szerkesztést, hanem az is, hogy más állatcsoportok miért nem tesznek így.

Ami az RNS-szerkesztés és a viselkedés összefüggéseit illeti, a kutatók egyelőre csak korrelációkat azonosítottak, azt azonban még nem tudni, hogy ezek esetében tényleges vagy véletlen összefüggésekről van szó. A csapat következő lépése ezért a fejlábúak génjeinek manipulálása lesz, hogy kiderüljön, ha egyes ADA-enzimek nem lépnek működésbe, hogyan változik meg az állatok élete.