Всі ваші спогади зберігаються одним дивним білком з давнього вірусу

Як працює пам'ять? Чим далі ми, здається, занурюємося, тим більше питань ми натрапляємо на те, як функція пам'яті спочатку еволюціонувала. Вчені зробили ключовий прорив у ідентифікації білка дуги в 1995 році, спостерігаючи, як його роль у пластичних змінах нейронів була критичною для консолідації пам'яті.

Цей білок вже є великою справою, але картина Arc набагато цікавіша. У дослідженні, опублікованому в четвер у журналі Cell, група дослідників з Університету Юти, Копенгагенського університету в Данії, і Лабораторія молекулярної біології MRC в Кембриджі, Великобританія, стверджують, що дуга зайняла своє місце в мозку в результаті випадкового випадкового зустрічі мільйони років тому. Подібно до того, як вчені стверджують, що мітохондрії в наших клітинах виникли як бактерії, які поглинали клітини наших стародавніх предків, білок дуги, схоже, почався як вірус.

Дослідники зрозуміли, що вони опинилися на чомусь, коли вони захопили зображення дуги, яка виглядала дуже страшно, як вірусний капсид, ізоедричний протеїновий шар, що інкапсулює генетичний матеріал вірусу для доставки до клітин-господарів під час інфекції.

"У той час ми не знали багато про молекулярну функцію або еволюційну історію дуги", - говорить фахівець з дослідження Джейсон Шеперд, доцент кафедри нейробіології, анатомії, біохімії та офтальмології в Університеті штату Юта. Пастух вивчав дугу вже 15 років. «Чесно кажучи, я майже втратив інтерес до білка. Побачивши капсиди, ми зрозуміли, що нас цікавить щось цікаве.

Головне питання, яке викликає неврологічне розуміння пам'яті, полягає в тому, що білки не тривають дуже довго в мозку, хоча спогади тривають майже на все життя. Тому для того, щоб пам'ять залишилася, повинні бути пластичні зміни, що означає, що нейронні структури фактично повинні змінюватися в результаті консолідації пам'яті.

Саме тут грає дуга. Попередні дослідження щурів продемонстрували, як Arc перериває консолідацію пам'яті, що свідчить про те, що Arc є життєво важливим у нейрональній пластичності.

Але вчені ніколи не думали, що вони спотикаються на докази, які вказують на вірусне походження для Arc, як свідчать ці нові дані.

Дослідницькій групі необхідно було перевірити цю теорію, тому вони перевірили, чи дійсно Arc діє як вірус. Виявляється, капсула дуги інкапсулювала власну РНК. Коли вони поклали капсули дуги в культуру клітин мозку миші, капсиди перенесли свою РНК на клітини мозку миші - так само, як і вірусна інфекція.

"Ми пішли в цей напрямок досліджень, знаючи, що Arc є особливим у багатьох відношеннях, але коли ми виявили, що Arc здатний опосередкувати транспортування РНК у клітині до клітини, ми були повернуті", - говорить головний автор дослідження, докторська Elissa Пастузін, доктор філософії, у заяві. "Жодного іншого невірусного білка, який ми знаємо про такі дії".

Дослідники підозрюють, що ця співпраця з вірусом-ссавцем сталася приблизно між 350 і 400 мільйонами років тому, коли ретротранспозон - предок сучасних ретровірусів - отримав свою ДНК у чотириногих істот. Вони також підозрюють, що це відбулося не один раз. Якщо вони мають рацію, це дослідження ускладнює картину еволюції життя, як ми його знаємо. Мало того, що багато мутацій відбуваються випадковим чином, щоб зробити те, що ми є сьогодні, але насправді ми запозичили біологію з інших клітин і організмів, щоб потрапити сюди. У нас сьогодні живе трохи їхньої історії.

Анотація: Arc нейронального гена є істотним для тривалого зберігання інформації в мозку ссавців, опосередковує різні форми синаптичної пластичності і бере участь у нейророзробці. Проте відомо мало про молекулярну функцію дуги та еволюційне походження. Тут ми показуємо, що Arc самоорганізується в вірусоподібні капсиди, які інкапсулюють РНК. Білок ендогенної дуги вивільняється з нейронів у позаклітинних везикулах, які опосередковують перенесення мРНК Arc в нові клітини-мішені, де він може піддаватися залежному від активності трансляції. Очищені дугові капсиди эндоцитируются і здатні переносити мРНК Arc в цитоплазму нейронів. Ці результати показують, що Arc проявляє подібні молекулярні властивості ретровірусних білків Gag. Еволюційний аналіз вказує на те, що дуга є похідним від хребетних ліній Ty3 / циганських ретротранспозонів, які також є предками ретровірусів. Ці дані свідчать про те, що ретроелементи Gag були повторно використані під час еволюції для опосередкування міжклітинної зв'язку в нервовій системі.