タコと近縁種は、DNAにコード化された限られた命令セットを有していますが、生命は予測不可能であり、状況が変わると動物は適応する柔軟性が必要とされます。海洋生物学研究所（MBL）のジョシュア・ローゼンタール（Joshua Rosenthal）博士とテルアビブ大学のイーライ・アイゼンバーグ（Eli Eisenberg）博士が率いる新たな研究によれば、タコとその仲間たちは、環境の厳しい条件にエレガントに適応するために、RNAと呼ばれるDNAの指令を伝える中間分子に手を加えるという方法を用いていることがわかりました。
ローゼンタール博士らは、2023年6月8日付の『Cell』誌に掲載された最新の研究で、タコ、イカ、イカ類（頭足類として知られている）が寒冷な水に遭遇すると、RNAの編集が非常に活発になることを報告しています。この研究により、タコの水槽を冷却した後、研究チームは動物の神経系にある13,000以上のRNA部位で、タンパク質の活性を変化させるRNA編集の増加を確認しました。その中には、RNA分子のコードのわずかな変化で、神経細胞が生成するタンパク質の機能が大きく変わる例もありました。Cell誌に掲載された論文のタイトルは、「Temperature-Dependent RNA Editing in Octopus Extensively Recodes the Neural Proteome（タコの温度依存性RNA編集が神経プロテオームを広範囲に再コード化する）」です。
MBLの上級科学者であるローゼンタール博士によれば、RNA編集を通じて、頭足類は独自の生理機能を微調整するユニークな方法を見つけたとのことです。
「我々は、すべての生物が生まれながらにして一定の命令にプログラムされていると考えることが一般的ですが、頭足類の研究を通じて、環境が遺伝情報に影響を与えるというアイデアは新しい概念です」とローゼンタール博士は述べています。
頭足類における大規模RNA編集の謎
DNAにコードされた命令は、細胞内でRNAへと転写される分子機構が存在します。最近の研究によれば、研究者たちは細胞がアデノシンという4文字の遺伝暗号を、本来の4文字であるグアノシンのような働きをするイノシンに置き換える能力を持っていることを発見しました。このプロセスは、ヒトや多くの動物でも起こるものの、タンパク質を生成するためのRNAに影響を与えることは滅多に起こらないとされています。
2015年、ローゼンタール博士たちはイカがこのようなタンパク質を変化させるRNA編集（A-to-I編集と呼ばれる）を大規模に行っていることを示し、その後タコでも同様の現象が見られることを示しました。
「この編集はRNAを一時的にしか変化させないため、我々はこれらの動物が環境適応にこの編集を利用している可能性があると考えました」とローゼンタール博士は述べています。
今回の研究では、そのような適応要因の一つとして、神経系内の温度の影響に焦点を当てました。温度は酵素の活性に重要な影響を与えるため、酵素は生理的プロセスにおいて重要な化学反応を促進します。
研究者たちは、カリフォルニア産ツチダコ（Octopus bimaculoides）を含む他の頭足類が、潮の満ち引きや水深の変化、季節の変化による体温の低下に対抗するため、自ら体温を発生させることができないという特性に着目しました。
実験では、タコを自然界の暖かい環境（摂氏22度）と涼しい環境（摂氏約13度）に適応させた後、RNAの調査を行いました。RNAの分子コードにおいて、既に編集が行われることが知られている箇所の活性を追跡しました。結果として、冷たい水槽のタコでは、タンパク質を変化させる13,285箇所で有意な編集増加が見られました。一方、暖かい水槽のタコでは、550箇所で増加が見られたのです。
最新の実験からは、RNA編集が動物が緩やかな変化に適応する際に役立つ可能性が示唆されましたが、例えば暖かい表層水から急激な冷たい深層水への移動には役立っていないことが分かりました。
この研究を支持するため、ペンシルバニア州のセント・フランシス大学で助教授を務めるマシュー・バーク（Matthew Birk）博士は、冬と夏の終わりにタコの巣の近くの温度を記録し、その後タコを採集しました。
この研究にはミシガン大学とテキサス工科大学の共同研究者も協力し、研究チームはRNA編集がタコの神経機能に不可欠な2つのタンパク質の機能にどのように影響を及ぼすかを調査しました。ひとつは「キネシン-1」というタンパク質で、神経細胞の長い枝に沿って荷物を運搬する役割を担っています。RNA編集によって、この分子の移動速度が変化することが明らかになりました。同様に、神経細胞間のコミュニケーションを可能にする「シナプトタグミン」と呼ばれるタンパク質の反応性もRNA編集によって変化することがわかりました。
頭足類が洗練されている秘訣は？
ローゼンタール博士は、頭足類がこのような遺伝子の微調整を、単に冷たい水に適応するだけでなく、さまざまな方法で変化に適応するために利用していると推測しています。「この研究結果は氷山の一角だと思います」とローゼンタール博士は述べています。
この発見は、これらの生物がどのようにして洗練された行動をとるようになったかを、一部説明するかもしれません。例えば、タコは機械的なパズルを解いたり、色や質感を模倣してカモフラージュしたりできる。これらの能力は、複雑なタンパク質で構成された神経系を必要とすることを意味します。
「彼らはどのようなメカニズムでこの複雑性を生み出しているのでしょうか？私はRNA編集がその一つだと考えています」とローゼンタール博士は述べています。
