Onderzoekers hebben een unieke mutatie ontdekt in het ribosomaal RNA (rRNA) van bepaalde ondiepwateroctopussen. Deze mutatie, die een normale RNA-sequentie in tweeën splitst, zorgt ervoor dat eiwitten met extreme nauwkeurigheid worden geproduceerd.
Belangrijkste bevindingen:
- Selectieve aanwezigheid: De mutatie komt voor bij incirraten (octopussen met complex gedrag), maar niet bij cirraten (diepzeewezens met eenvoudigere zenuwstelsels) of inbrekten.
- Neurologische link: Omdat neuronen lang meegaan, is het voorkomen van verkeerd gevouwen eiwitten cruciaal. De rRNA-breuk zou helpen om deze neuronen optimaal te laten functioneren.
- Evolutie: De aanpassing suggereert dat het ribosoom, dat normaal zeer stabiel is in de evolutie, toch kan veranderen om nieuwe biologische innovaties mogelijk te maken.
Medische potentie: De ontdekking kan leiden tot nieuwe therapieën voor neurodegeneratieve ziekten zoals Alzheimer en Parkinson, waarbij het kopiëren van deze nauwkeurige eiwitsynthese in menselijke cellen een mogelijke oplossing biedt.
Waarom zijn sommige octopussen zo slim? Het antwoord ligt mogelijk in een nooit eerder geziene mutatie die hen helpt eiwitten nauwkeurig op te bouwen
Octopussen zijn ongelooflijk slimme wezens. Ze kunnen potten openen, doolhoven oplossen en zelfs gereedschap gebruiken. Eén soort, de gewone manteloctopus, gebruikt giftige tentakels van de Portugese windjager als wapens.
Nu hebben onderzoekers een mysterieuze mutatie ontdekt bij sommige octopussen die hun intelligentie zou kunnen verklaren. Een studie gepubliceerd in het nummer van 17 augustus van het tijdschrift Current Biology onthult dat deze achtarmige wezens eiwitten met extreme nauwkeurigheid kunnen produceren dankzij een variatie die nog nooit in een ander dier is gezien. Hoewel er geen direct bewijs is dat de aanpassing gekoppeld is aan de uitgebreide hersencapaciteit van de octopus, lijkt de mutatie alleen voor te komen bij een lijn van wezens met vergrote zenuwstelsels die complex gedrag kunnen vertonen.
Een toevallige ontdekking
Wetenschappers deden deze ontdekking per toeval. Ongeveer vijf jaar geleden onderzocht mede-auteur van de studie, Richard Han, destijds promovendus aan de Harvard Medical School, moleculen genaamd ribosomaal RNA (rRNA) in weefsels van de Californische tweevlekoctopus. Deze moleculen vormen een 3D-steiger voor ribosomen, de eiwitfabrieken van de cellen.
Veel sequenties van rRNA blijven vrijwel hetzelfde bij alle bekende dieren. Han merkte echter iets ongebruikelijks op bij die van de octopus: een onverwachte opening die wat normaal gesproken één rRNA-fragment is in andere wezens, in tweeën splitste.
"We dachten dat we slecht waren in het extraheren van RNA en simpelweg een fout hadden gemaakt," zegt mede-auteur Nicholas Bellono, moleculair bioloog aan Harvard, tegen Sara Reardon van Science.
Validatie en vergelijking
Verdere tests bevestigden echter dat er iets anders aan de hand was. Door dezelfde breuk aan te brengen in de ribosomen van Escherichia coli-bacteriën, produceerden de gemanipuleerde cellen eiwitten met ongeveer twee keer de gebruikelijke nauwkeurigheid.
Om te onderzoeken wanneer dit vreemde rRNA-kenmerk is geëvolueerd, vergeleek het team twee groepen octopussen die meer dan 100 miljoen jaar geleden uit elkaar zijn gegaan:
- Incirraten: Octopussen uit ondiep water met ontwikkelde zenuwstelsels die complex gedrag ondersteunen.
- Cirraten: Diepzeewezens met eenvoudigere zenuwstelsels, aangepast aan langzaam zwemmen en passieve voeding.
Het team stelde vast dat de rRNA-breuk aanwezig was bij alle vijf de onderzochte incirrate-soorten. Een monster van een cirrate—specifiek een Dumbo-octopus—miste deze opening echter. Ook inbrekten, die ongeveer 300 miljoen jaar geleden divergeerden van octopussen, was het kenmerk niet aanwezig.
Zelf-redigeren van RNA
Cephalopoden (inktvissen), een diergroep waartoe octopussen, inktvissen, sepiaten en nautilussen behoren, zijn meesters in het bewerken van hun eigen RNA—moleculen die instructies van het DNA overbrengen om te helpen bij de bouw van eiwitten. Ze doen dit veel vaker dan andere wezens. In een studie uit 2023 meldden onderzoekers dat octopussen RNA in hun hersenen intensief bewerken om bestand te zijn tegen ijskoud water.
De link met intelligentie en neurologie
De bevindingen suggereren dat de rRNA-aanpassing verbonden zou kunnen zijn met de evolutie van de grote zenuwstelsels van ondiepwateroctopussen. Hun hersenen—die verspreid over hun lichaam liggen—moesten zich snel uitbreiden terwijl ze leerden omgelijke te gaan met roofdieren en toegenomen concurrentie in deze omgeving.
Nervecellen, of neuronen, gaan lang mee, vertelt mede-auteur Rishav Mitra aan Cody Cottier van Scientific American. Dit betekent dat het verkeerd vouwen van eiwitten bijzonder schadelijk voor hen is. Door dit te voorkomen, "zou de rRNA-breuk deze neuronen kunnen helpen goed te functioneren," voegt hij toe.
"De grootste verrassing is dat het ribosoom, dat zeer geconserveerd is in het leven, daadwerkelijk evolutionaire veranderingen kan ondergaan die de functie beïnvloeden, en mogelijk zelfs bijdragen aan nieuwe innovaties," aldus mede-auteur Amy Lee, cellulair bioloog aan Harvard.
Joshua Rosenthal, een moleculair bioloog aan het Marine Biological Laboratory die niet betrokken was bij het werk, noemt de ontdekking "super interessant", hoewel hij opmerkt dat meer onderzoek nodig is om te bewijzen of de rRNA-verandering de evolutie van geavanceerde hersenen en gedragingen heeft gedreven. "We staan pas aan het begin van de genetica bij deze organismen," vertelt hij aan Science.
Potentiële medische toepassingen
De auteurs van de studie vermoeden dat hun bevindingen kunnen leiden tot potentiële therapieën voor neurodegeneratieve ziekten, zoals de ziekte van Alzheimer en de ziekte van Parkinson, waarbij verkeerd gevouwen eiwitten in de hersenen een rol spelen. Lee vertelt Scientific American dat ze hoopt dat het mogelijk zal zijn om medicijnen te ontwerpen die de octopusmutatie kopiëren voor een nauwkeurige eiwitsynthese.
"Als we de natuur als gids gebruiken om te begrijpen hoe dat natuurlijk gebeurt," zegt ze, "dan kunnen we waarschijnlijk manieren vinden om dit in menselijke cellen te implementeren."
Waarom zijn sommige octopussen zo slim? Het antwoord ligt mogelijk in een nooit eerder geziene mutatie die hen helpt eiwitten nauwkeurig op te bouwen
Octopussen zijn ongelooflijk slimme wezens. Ze kunnen potten openen, doolhoven oplossen en zelfs gereedschap gebruiken. Eén soort, de gewone manteloctopus, gebruikt giftige tentakels van de Portugese windjager als wapens.
Nu hebben onderzoekers een mysterieuze mutatie ontdekt bij sommige octopussen die hun intelligentie zou kunnen verklaren. Een studie gepubliceerd in het nummer van 17 augustus van het tijdschrift Current Biology onthult dat deze achtarmige wezens eiwitten met extreme nauwkeurigheid kunnen produceren dankzij een variatie die nog nooit in een ander dier is gezien. Hoewel er geen direct bewijs is dat de aanpassing gekoppeld is aan de uitgebreide hersencapaciteit van de octopus, lijkt de mutatie alleen voor te komen bij een lijn van wezens met vergrote zenuwstelsels die complex gedrag kunnen vertonen.
Een toevallige ontdekking
Wetenschappers deden deze ontdekking per toeval. Ongeveer vijf jaar geleden onderzocht mede-auteur van de studie, Richard Han, destijds promovendus aan de Harvard Medical School, moleculen genaamd ribosomaal RNA (rRNA) in weefsels van de Californische tweevlekoctopus. Deze moleculen vormen een 3D-steiger voor ribosomen, de eiwitfabrieken van de cellen.
Veel sequenties van rRNA blijven vrijwel hetzelfde bij alle bekende dieren. Han merkte echter iets ongebruikelijks op bij die van de octopus: een onverwachte opening die wat normaal gesproken één rRNA-fragment is in andere wezens, in tweeën splitste.
"We dachten dat we slecht waren in het extraheren van RNA en simpelweg een fout hadden gemaakt," zegt mede-auteur Nicholas Bellono, moleculair bioloog aan Harvard, tegen Sara Reardon van Science.
Validatie en vergelijking
Verdere tests bevestigden echter dat er iets anders aan de hand was. Door dezelfde breuk aan te brengen in de ribosomen van Escherichia coli-bacteriën, produceerden de gemanipuleerde cellen eiwitten met ongeveer twee keer de gebruikelijke nauwkeurigheid.
Om te onderzoeken wanneer dit vreemde rRNA-kenmerk is geëvolueerd, vergeleek het team twee groepen octopussen die meer dan 100 miljoen jaar geleden uit elkaar zijn gegaan:
- Incirraten: Octopussen uit ondiep water met ontwikkelde zenuwstelsels die complex gedrag ondersteunen.
- Cirraten: Diepzeewezens met eenvoudigere zenuwstelsels, aangepast aan langzaam zwemmen en passieve voeding.
Het team stelde vast dat de rRNA-breuk aanwezig was bij alle vijf de onderzochte incirrate-soorten. Een monster van een cirrate—specifiek een Dumbo-octopus—miste deze opening echter. Ook inbrekten, die ongeveer 300 miljoen jaar geleden divergeerden van octopussen, was het kenmerk niet aanwezig.
Zelf-redigeren van RNA
Cephalopoden (inktvissen), een diergroep waartoe octopussen, inktvissen, sepiaten en nautilussen behoren, zijn meesters in het bewerken van hun eigen RNA—moleculen die instructies van het DNA overbrengen om te helpen bij de bouw van eiwitten. Ze doen dit veel vaker dan andere wezens. In een studie uit 2023 meldden onderzoekers dat octopussen RNA in hun hersenen intensief bewerken om bestand te zijn tegen ijskoud water.
De link met intelligentie en neurologie
De bevindingen suggereren dat de rRNA-aanpassing verbonden zou kunnen zijn met de evolutie van de grote zenuwstelsels van ondiepwateroctopussen. Hun hersenen—die verspreid over hun lichaam liggen—moesten zich snel uitbreiden terwijl ze leerden omgelijke te gaan met roofdieren en toegenomen concurrentie in deze omgeving.
Nervecellen, of neuronen, gaan lang mee, vertelt mede-auteur Rishav Mitra aan Cody Cottier van Scientific American. Dit betekent dat het verkeerd vouwen van eiwitten bijzonder schadelijk voor hen is. Door dit te voorkomen, "zou de rRNA-breuk deze neuronen kunnen helpen goed te functioneren," voegt hij toe.
"De grootste verrassing is dat het ribosoom, dat zeer geconserveerd is in het leven, daadwerkelijk evolutionaire veranderingen kan ondergaan die de functie beïnvloeden, en mogelijk zelfs bijdragen aan nieuwe innovaties," aldus mede-auteur Amy Lee, cellulair bioloog aan Harvard.
Joshua Rosenthal, een moleculair bioloog aan het Marine Biological Laboratory die niet betrokken was bij het werk, noemt de ontdekking "super interessant", hoewel hij opmerkt dat meer onderzoek nodig is om te bewijzen of de rRNA-verandering de evolutie van geavanceerde hersenen en gedragingen heeft gedreven. "We staan pas aan het begin van de genetica bij deze organismen," vertelt hij aan Science.
Potentiële medische toepassingen
De auteurs van de studie vermoeden dat hun bevindingen kunnen leiden tot potentiële therapieën voor neurodegeneratieve ziekten, zoals de ziekte van Alzheimer en de ziekte van Parkinson, waarbij verkeerd gevouwen eiwitten in de hersenen een rol spelen. Lee vertelt Scientific American dat ze hoopt dat het mogelijk zal zijn om medicijnen te ontwerpen die de octopusmutatie kopiëren voor een nauwkeurige eiwitsynthese.
"Als we de natuur als gids gebruiken om te begrijpen hoe dat natuurlijk gebeurt," zegt ze, "dan kunnen we waarschijnlijk manieren vinden om dit in menselijke cellen te implementeren."
Groetjes,