MicroRNA ها نقش کلیدی در رشد مغزهای پیچیده دارند

سفالوپودهایی مانند اختاپوس، ماهی مرکب و ماهی مرکب حیواناتی بسیار باهوش با سیستم عصبی پیچیده هستند. در «پیشرفت‌های علم»، تیمی به رهبری نیکولاس راجوسکی از مرکز ماکس دلبروک اکنون نشان داده‌اند که تکامل آنها با گسترش چشمگیر رپرتوار microRNA آنها مرتبط است.

اگر به اندازه کافی در تاریخ تکامل به عقب برویم، با آخرین جد مشترک شناخته شده انسان و سرپایان روبرو می شویم: یک حیوان کرم مانند بدوی با حداقل هوش و نقاط چشمی ساده. بعدها، قلمرو حیوانات را می توان به دو گروه از موجودات تقسیم کرد – موجودات دارای ستون فقرات و آنهایی که بدون ستون فقرات. در حالی که مهره‌داران، به‌ویژه پستانداران و پستانداران دیگر، مغزهای بزرگ و پیچیده‌ای با توانایی‌های شناختی متنوع ایجاد کردند، اما بی‌مهرگان این کار را نکردند. با یک استثنا: سرپایان.

دانشمندان مدت‌هاست که تعجب کرده‌اند که چرا چنین سیستم عصبی پیچیده‌ای فقط در این نرم تنان می‌تواند ایجاد شود. اکنون، یک تیم بین المللی به رهبری محققان مرکز ماکس دلبروک و کالج دارتموث در ایالات متحده دلیل احتمالی را بیان کرده است. در مقاله ای که در “Science Advances” منتشر شده است، آنها توضیح می دهند که اختاپوس ها دارای مجموعه گسترده ای از microRNA ها (miRNAs) در بافت عصبی خود هستند که منعکس کننده تحولات مشابهی است که در مهره داران رخ داده است.

“پس، این چیزی است که ما را به اختاپوس متصل می کند!” پروفسور نیکولاس راجوسکی، مدیر علمی موسسه زیست شناسی سیستم های پزشکی برلین مرکز ماکس دلبروک (MDC-BIMSB)، رئیس آزمایشگاه زیست شناسی سیستمی عناصر تنظیم کننده ژن، و آخرین نویسنده مقاله می گوید.

او توضیح می دهد که این یافته احتمالاً به این معنی است که miRNA ها نقش اساسی در رشد مغزهای پیچیده دارند.

در سال 2019، راجوسکی نشریه‌ای درباره آنالیزهای ژنتیکی انجام شده روی اختاپوس خواند. دانشمندان کشف کرده بودند که بسیاری از ویرایش های RNA در این سرپایان رخ می دهد – به این معنی که آنها از آنزیم های خاصی استفاده می کنند که می توانند RNA آنها را دوباره رمزگذاری کنند. راجوسکی به یاد می آورد: «این باعث شد به این فکر کنم که اختاپوس ها نه تنها ممکن است در ویرایش خوب باشند، بلکه می توانند ترفندهای RNA دیگری نیز در آستین خود داشته باشند. و به این ترتیب او شروع به همکاری با ایستگاه تحقیقاتی دریایی Stazione Zoologica Anton Dohrn در ناپل کرد که نمونه‌هایی از 18 نوع بافت مختلف از اختاپوس‌های مرده را برای او ارسال کرد.

نتایج این تجزیه و تحلیل شگفت‌انگیز بود: راجوسکی می‌گوید: «در واقع ویرایش‌های RNA زیادی در حال انجام بود، اما نه در مناطقی که ما معتقدیم مورد توجه است. جالب ترین کشف در واقع گسترش چشمگیر یک گروه شناخته شده از ژن های RNA، microRNA ها بود. در مجموع 42 خانواده miRNA جدید – به طور خاص در بافت عصبی و بیشتر در مغز پیدا شد. با توجه به اینکه این ژن ها در طول تکامل سفالوپودها حفظ شده اند، تیم به این نتیجه رسید که آنها به وضوح برای حیوانات مفید بودند و بنابراین از نظر عملکردی مهم هستند.

راجوسکی بیش از 20 سال است که روی miRNA ها تحقیق می کند. این ژن‌ها به‌جای ترجمه به RNA‌های پیام‌رسان، که دستورالعمل‌های تولید پروتئین را در سلول ارائه می‌کنند، قطعات کوچکی از RNA را رمزگذاری می‌کنند که به RNA پیام‌رسان متصل می‌شوند و در نتیجه بر تولید پروتئین تأثیر می‌گذارند. این مکان‌های اتصال همچنین در طول تکامل سفالوپود حفظ شدند – نشانه دیگری از اهمیت عملکردی این miRNA‌های جدید.

خانواده های جدید microRNA

گریگوری زولوتاروف، MD، نویسنده اصلی، دانشمند اوکراینی که در آزمایشگاه راجوسکی در MDC-BIMSB کارآموزی کرد، می‌گوید: «این سومین گسترش بزرگ خانواده‌های microRNA در دنیای حیوانات و بزرگ‌ترین رشد در خارج از مهره‌داران است. ، و بعد. “برای اینکه به شما ایده ای در مورد مقیاس بدهم، صدف ها، که نرم تنان نیز هستند، از آخرین اجدادی که با اختاپوس ها مشترک بودند، تنها پنج خانواده میکروRNA جدید به دست آورده اند – در حالی که اختاپوس ها 90 خانواده به دست آورده اند!” زولوتاروف اضافه می‌کند که صدف‌ها دقیقاً به خاطر هوششان شناخته نمی‌شوند.

شیفتگی راجوسکی به اختاپوس ها سال ها پیش و در جریان بازدید عصرانه از آکواریوم خلیج مونتری در کالیفرنیا آغاز شد. “من این موجود را دیدم که در ته مخزن نشسته بود و ما چندین دقیقه – بنابراین فکر کردم – به یکدیگر نگاه کردیم.” او می گوید که نگاه کردن به اختاپوس با نگاه کردن به ماهی بسیار متفاوت است: «این خیلی علمی نیست، اما چشمان آن ها حس هوشی را تراوش می کند. اختاپوس ها به طور مشابه چشم های “دوربین” پیچیده ای برای انسان دارند.

از دیدگاه تکاملی، اختاپوس ها در بین بی مهرگان منحصر به فرد هستند. آنها هم یک مغز مرکزی و هم یک سیستم عصبی محیطی دارند – سیستمی که قادر است به طور مستقل عمل کند. اگر اختاپوس یک شاخک را از دست بدهد، شاخک به لمس حساس می ماند و همچنان می تواند حرکت کند. دلیل اینکه اختاپوس ها تنها در ایجاد چنین عملکردهای پیچیده مغزی تنها هستند، می تواند در این واقعیت باشد که آنها از بازوهای خود بسیار هدفمند استفاده می کنند – به عنوان مثال، به عنوان ابزاری برای باز کردن پوسته ها. اختاپوس ها علائم دیگری از هوش را نیز نشان می دهند: آنها بسیار کنجکاو هستند و می توانند چیزها را به خاطر بسپارند. آنها همچنین می توانند افراد را بشناسند و در واقع برخی را بیشتر از دیگران دوست داشته باشند. اکنون محققان بر این باورند که آنها حتی خواب می بینند، زیرا هنگام خواب رنگ و ساختار پوست خود را تغییر می دهند.

موجودات بیگانه مانند

راجوسکی می گوید: «آنها می گویند اگر می خواهی با یک موجود بیگانه ملاقات کنی، غواصی کن و با یک هشت پا دوست شو.» او اکنون در حال برنامه ریزی برای پیوستن به نیروهای دیگر با محققان اختاپوس برای تشکیل یک شبکه اروپایی است که امکان تبادل بیشتر بین دانشمندان را فراهم می کند. اگرچه جامعه در حال حاضر کوچک است، راجوسکی می‌گوید که علاقه به اختاپوس‌ها در سراسر جهان، از جمله در میان محققان رفتاری، در حال افزایش است. او می‌گوید تجزیه و تحلیل نوعی از هوش که کاملاً مستقل از خود ما توسعه یافته است، جذاب است. اما آسان نیست: “اگر با استفاده از تنقلات کوچک به عنوان پاداش با آنها آزمایش کنید، به زودی علاقه خود را از دست می دهند. حداقل، این چیزی است که همکارانم به من می گویند.”

زولوتاروف می‌گوید: «از آنجایی که اختاپوس‌ها موجودات مدل معمولی نیستند، ابزارهای مولکولی-بیولوژیکی ما بسیار محدود بودند. بنابراین ما هنوز دقیقا نمی دانیم که کدام نوع از سلول ها میکروRNA های جدید را بیان می کنند. تیم راجوسکی اکنون در حال برنامه‌ریزی برای استفاده از تکنیکی هستند که در آزمایشگاه راجوسکی توسعه یافته است که سلول‌های بافت اختاپوس را در سطح مولکولی قابل مشاهده می‌کند.