Vse vaše spomine hrani en čuden protein iz starodavnega virusa

Kako deluje pomnilnik? Čim bolj se podajamo, tem več vprašanj se sprašujemo o tem, kako se je razvila funkcija spomina. Znanstveniki so leta 1995 odkrili ključni preboj z beljakovino Arc, pri čemer so opazovali, kako je bila njegova vloga v plastičnih spremembah v nevronih ključna za konsolidacijo spomina.

Ta beljakovina je že velika zadeva, toda slika Arc je dobila veliko bolj zanimivo. V študiji, objavljeni v četrtek v reviji Celica skupina raziskovalcev na Univerzi v Utahu, Univerza v Kopenhagnu na Danskem in Laboratorij za molekularno biologijo MRC v Cambridgeu v Združenem kraljestvu trdita, da je Arc v mestih v možganih nastal kot posledica naključnega naključja.. Podobno kot znanstveniki pravijo, da so mitohondriji v naših celicah nastali kot bakterije, ki so jih absorbirale celice naših starih prednikov. Zdi se, da se je beljakovina Arc začela kot virus.

Znanstveniki so vedeli, da so našli nekaj, ko so posneli podobo loka, ki je izgledal kot veliko virusna kapsida, izoedarska beljakovinska obloga, ki obdaja genski material virusa za dostavo gostiteljskim celicam med okužbo.

"V tistem času nismo veliko vedeli o molekularni funkciji ali evolucijski zgodovini Arca," pravi soavtor Jason Shepherd, docent za nevrobiologijo, anatomijo, biokemijo in oftalmologijo na Univerzi v Utahu. Shepherd je študiral Arc že 15 let. »Če sem iskren, sem skoraj izgubil zanimanje za beljakovine. Ko smo videli kapside, smo vedeli, da smo na nekaj zanimivega."

Glavno vprašanje, ki izziva spomin na nevrološke znanstvenike, je, da proteini v možganih ne trajajo zelo dolgo, čeprav spomini trajajo skoraj celo življenje. Da bi spomini ostali, morajo biti plastične spremembe, kar pomeni, da se morajo nevronske strukture dejansko spremeniti zaradi konsolidacije spomina.

Tukaj pride Arc. Prejšnje raziskave na podganah so pokazale, kako Arc moti konsolidacijo spomina, kar nakazuje, da je Arc bistven za nevronsko plastičnost.

Vendar pa znanstveniki nikoli niso mislili, da bodo naleteli na dokaze, ki kažejo na virusni izvor za Arc, kot kažejo te nove ugotovitve.

Raziskovalna skupina je morala preveriti to teorijo, zato so preverili, ali Arc dejansko deluje kot virus. Izkazalo se je, da je Arc Arcid kapsuliral svojo lastno RNA. Ko so kapside loka dali v mišjo celično kulturo možganov, so kapsidi prenesli svojo RNA na mišje možganske celice - tako kot virusna okužba.

"V to vrsto raziskav smo šli, ker smo vedeli, da je Arc poseben v mnogih pogledih, toda ko smo odkrili, da je Arc sposoben posredovati prenos RNA iz celic v celice, smo bili obdani", pravi glavni avtor študije, podoktorski sodelavec Elissa Pastuzyn, dr. "Noben drug nevirusni protein, ki ga poznamo, deluje na ta način."

Raziskovalci sumijo, da se je sodelovanje med virusom in sesalcem zgodilo med 350 in 400 milijoni let, ko je retrotranspozon - prednik sodobnih retrovirusov - dobil svojo DNA v štirinožno bitje. Prav tako sumijo, da se je to zgodilo več kot enkrat. Če imajo prav, ta raziskava otežuje sliko evolucije življenja, kot ga poznamo. Ne samo, da so se mnoge mutacije zgodile z naključnim nabojem, da bi nas naredile, kar smo danes, ampak smo dejansko sposodili biologijo iz drugih celic in organizmov, da bi prišli sem. Danes v nas živi nekaj njihove zgodovine.

Izvleček: Nevronski gen Arc je bistven za dolgotrajno shranjevanje informacij v možganih sesalcev, posreduje različne oblike sinaptične plastičnosti in je vpleten v nevrološke razvojne motnje. Vendar je malo znanega o molekularni funkciji in evolucijskem izvoru Arc. Tukaj pokažemo, da se Arc samosestavi v virusne kapside, ki kapsulirajo RNA. Endogeni Arc protein se sprosti iz nevronov v zunajceličnih mehurčkih, ki posredujejo prenos Arc mRNA v nove ciljne celice, kjer lahko preide na aktivnost, odvisno od prevajanja. Očiščeni Arc kapsidi so endocitozirani in sposobni prenesti Arc mRNA v citoplazmo nevronov. Ti rezultati kažejo, da Arc kaže podobne molekularne lastnosti retrovirusnih Gag proteinov. Evolucijska analiza kaže, da Arc izvira iz rodu vretenčarjev Ty3 / ciganskih retrotransposonov, ki so tudi predniki retrovirusov. Te ugotovitve kažejo, da so retroaktivnosti Gag med evolucijo ponovno uporabili, da bi posredovali medcelično komunikacijo v živčnem sistemu.