Die Baupläne für Proteine sind in der DNA gespeichert. Damit diese Baupläne umgesetzt werden können, wird die DNA beim Ablesen zunächst in sogenannte Messenger-RNA (mRNA) übersetzt – die Blaupause, auf deren Basis dann die Proteine gebildet werden. Um die Vielfalt der zur Verfügung stehenden Proteine zu erhöhen, wird die mRNA bei Menschen und Tieren in vielen Zelltypen nachträglich editiert. Dabei werden einzelne Buchstaben des Codes gelöscht, eingefügt oder geändert. Durch dieses RNA-Editing können aus der gleichen DNA-Vorlage je nach Zelltyp unterschiedliche Proteine erstellt werden. Bei Menschen betrifft die Editierung etwa drei Prozent der Gene.
Umkodierung bei Kraken
Zwei Forschungsteams haben nun unabhängig voneinander nachgewiesen, dass Kopffüßer wie Kraken und Kalmare die RNA-Editierung in weitaus höherem Maß nutzen. „Die RNA-Umkodierung gibt Organismen die Möglichkeit, eine Vielzahl von Proteinen zu exprimieren, wann und wo sie wollen“, sagt Joshua Rosenthal vom Marine Biological Laboratory in Woods Hole in Massachusetts. „Bei Kopffüßern erfolgt die Umkodierung überwiegend für Proteine, die für die Funktion des Nervensystems wichtig sind, so dass sich die Frage stellt, ob sie dies nutzen, um sich an Veränderungen in ihrer physischen Umgebung anzupassen.“
Um diese Frage zu klären, führten Rosenthal und Erstautor Matthew Birk gemeinsam mit ihrem Team zunächst Versuche mit wild gefangenen erwachsenen Zweipunkt-Kraken (Octopus bimaculoides) durch. Dabei handelt es sich um kleine, gelblich-braune Kraken, die unter ihren echten Augen zwei blau schillernde Scheinaugen tragen. Diese Tintenfische leben vor der Küste Kaliforniens und Mexikos, und ihr Genom wurde bereits sequenziert. Über mehrere Wochen hinweg hielten die Forschenden die Kraken entweder in 22 Grad warmem oder 13 Grad kaltem Wasser und untersuchten dann, wie die DNA in RNA und Proteine umgesetzt wird. Dabei legten sie ein Augenmerk auf rund 60.000 zuvor identifizierte Stellen im Genom, an denen Editing auftreten kann.
Anpassung an unterschiedliche Temperaturen
Es zeigte sich: „Temperatursensitives Editing trat an etwa einem Drittel dieser Stellen auf – an über 20.000 einzelnen Abschnitten. Es handelt sich also nicht um ein Phänomen, das hier oder dort auftritt, sondern um ein globales Phänomen“, berichtet Co-Autor Eli Eisenberg von der Universität Tel-Aviv. „Allerdings geschieht dies nicht in gleichem Maße: Proteine, die editiert werden, sind tendenziell neuronale Proteine, und fast alle Stellen, die temperaturempfindlich sind, werden in der Kälte stärker editiert.“ Am Beispiel der beiden Proteine Kinesin und Synaptotagmin, die eine wichtige Rolle im Nervensystem spielen, untersuchten die Forschenden zudem, wie sich die mRNA-Editierung auf Struktur und Funktion der Proteine auswirkt. Dabei stellten sie fest, dass die Umkodierung tatsächlich strukturelle Veränderungen der Proteine bewirkt und dass die bei Kälte oder Wärme erzeugten Proteine jeweils für entsprechenden Temperaturbereich angepasst waren.
