Sulla rivista Cell, i ricercatori hanno pubblicato un nuovo studio in cui descrivono i risultati della loro scoperta: i polpi a due macchie della California (Octopus bimaculoides) si adattano ai cambiamenti di temperatura stagionali producendo proteine neurali diverse in base alle condizioni di caldo e di freddo. I polpi ottengono questo risultato modificando il loro RNA, la molecola messaggera tra il DNA e le proteine. Questo ricablaggio probabilmente protegge il loro cervello e i ricercatori sospettano che questa strategia sia ampiamente utilizzata tra i polpi e i calamari. In genere pensiamo che le nostre informazioni genetiche siano fisse, ma l’ambiente può influenzare il modo in cui si codificano le proteine, e nei cefalopodi questo avviene sicuramente.

I polpi riescono a modificare il DNA a loro piacimento

Rispetto alle mutazioni del DNA, che consentono agli organismi di adattarsi nel corso delle generazioni, l’editing dell’RNA offre un modo temporaneo e flessibile per gli individui di adattarsi ai cambiamenti ambientali. L’editing dell’RNA è presente in tutto l’albero della vita, ma la ricodifica dell’RNA – quando l’editing modifica la struttura proteica successiva – è molto più rara, tranne che nei cefalopodi dal corpo molle come polpi e calamari. Gli esseri umani hanno milioni di siti di editing, ma l’editing influisce sui prodotti proteici solo nel 3% dei loro geni, mentre i cefalopodi coleoidi o “intelligenti” ricodificano la maggior parte delle loro proteine neurali. “La ricodifica dell’RNA dà agli organismi la possibilità di esprimere una serie di proteine diverse quando e dove vogliono“, spiega Joshua Rosenthal del Marine Biological Laboratory di Woods Hole, Massachusetts.

Il gruppo di ricerca ha esaminato se i polpi subiscono un editing dell’RNA in risposta ai cambiamenti di temperatura e se questo editing ha un impatto sulla funzione delle proteine del loro cervello. In natura, i polpi sono esposti a variazioni di temperatura che possono avvenire sia rapidamente, ad esempio quando si immergono a profondità più basse o quando c’è un upwelling, sia lentamente, quando cambiano le stagioni.
L’équipe si è concentrata sui polpi californiani a due macchie (Octopus bimaculoides), piccoli polpi bruno-giallastri che sfoggiano falsi occhi blu iridescenti sotto gli occhi veri. Questi polpi vivono al largo delle coste della California e del Messico e il loro genoma è già stato sequenziato.

Lo studio

Per verificare se l’editing dell’RNA sia associato alle variazioni di temperatura, i ricercatori hanno acclimatato polpi adulti catturati in natura in acque calde (22ºC) o fredde (13ºC) in vasche del Marine Biological Laboratory. Dopo alcune settimane, hanno confrontato gli RNA dei polpi acclimatati al freddo e al caldo con il genoma per cercare segni di editing dell’RNA in oltre 60.000 siti di editing precedentemente identificati. “L’editing sensibile alla temperatura si è verificato in circa un terzo dei nostri siti – oltre 20.000 singoli punti – quindi non si tratta di qualcosa che accade qui o là, ma di un fenomeno puntuale”, affermano gli autori, che ha gestito gli aspetti computazionali dello studio. I ricercatori hanno notato, però, che le proteine neurali tendono ad essere modificate soprattutto quando l’ambiente è più freddo.

Cambiamenti in meno di 24 ore

Il team ha poi analizzato la velocità con cui si verificano questi cambiamenti. Lavorando questa volta con polpi molto giovani della dimensione di un’unghia, i ricercatori hanno riscaldato o raffreddato gradualmente le vasche – da 14°C a 24°C o viceversa, con incrementi di 0,5°C all’ora – nel corso di circa 20 ore, e hanno misurato l’entità dell’editing dell’RNA in diversi momenti: prima del cambiamento di temperatura, subito dopo il completamento del cambiamento di temperatura e fino a 4 giorni dopo. I ricercatori sono rimasti sorpresi dalla rapidità con cui si è verificato l’editing dell’RNA.  “Siamo riusciti a vedere cambiamenti significativi in meno di un giorno, ed entro 4 giorni erano ai nuovi livelli di stato stazionario in cui si trovano dopo un mese“.

Restano aperte le domande su come i polpi regolano l’editing dell’RNA e non è chiaro perché l’editing avvenga più frequentemente in risposta alle basse temperature. I ricercatori intendono poi verificare se i polpi e gli altri cefalopodi utilizzano la ricodifica dell’RNA per adattarsi ad altre variabili ambientali, come la scarsa disponibilità di ossigeno o la varietà degli ambienti sociali.