Všechny vaše vzpomínky jsou uloženy jedním podivným proteinem ze starověkého viru

Jak funguje paměť? Čím více se ponoříme, tím více otázek narazíme na to, jak se nejprve vyvinula funkce paměti. Vědci učinili klíčový průlom s identifikací Arc proteinu v roce 1995, pozorování jak jeho role v plastických změnách v neurons byla kritická pro paměťovou konsolidaci.

Tento protein je již velký problém, ale obloukový obraz je mnohem zajímavější. Ve studii publikované ve čtvrtek v časopise Buňka tým vědců z Univerzity v Utahu, Univerzity v Kodani v Dánsku a Laboratoře molekulární biologie MRC v Cambridge ve Velké Británii tvrdí, že Arc zaujal své místo v mozku v důsledku náhodného náhodného setkání před miliony let. Podobně jako vědci říkají, že mitochondrie v našich buňkách vznikly jako bakterie, které naše buňky dávných předků absorbovaly, zdá se, že protein Arc začal jako virus.

Vědci věděli, že jsou na něčem, když zachytili obraz Arku, který vypadal jako strašně hodně jako virová kapsida, izohedrální proteinový plášť, který zapouzdřuje genetický materiál viru pro transport do hostitelských buněk během infekce.

„V té době jsme moc nevěděli o molekulární funkci ani o evoluční historii Arku,“ říká spoluautor studie Jason Shepherd, odborný asistent neurobiologie, anatomie, biochemie a oftalmologie na univerzitě v Utahu. Shepherd studoval Arc 15 let. „Téměř jsem ztratil zájem o protein, abych byl upřímný. Když jsme viděli kapsidy, věděli jsme, že jsme na něco zajímavého. “

Hlavním problémem, který zpochybňuje chápání paměti neurovědci, je, že proteiny v mozku netrvají dlouho, i když vzpomínky trvají téměř celý život. Aby zůstaly vzpomínky, musí existovat plastické změny, což znamená, že struktury neuronů se ve skutečnosti musejí změnit v důsledku konsolidace paměti.

Toto je místo, kde Arc přichází do hry. Předchozí výzkum na potkanech ukázal, jak Arc narušuje konsolidaci paměti, což naznačuje, že Arc je životně důležitý v plasticitě neuronů.

Ale vědci si nikdy nepomysleli, že by narazili na důkazy, které poukazují na virový původ Arku, jak naznačují tato nová zjištění.

Výzkumný tým potřeboval tuto teorii ověřit, takže testovali, zda Arc skutečně funguje jako virus. Ukazuje se, že kapsle z Arku zapouzdřila svou vlastní RNA. Když vložili kapsle Arc do kultury myší mozkové buňky, kapsidy přenesly svou RNA na mozkové buňky myší - stejně jako virová infekce.

"Šli jsme do tohoto výzkumu, protože jsme věděli, že Arc je v mnoha ohledech zvláštní, ale když jsme zjistili, že Arc je schopen zprostředkovat transport RNA mezi buňkami, byli jsme na podlaze," říká hlavní autor studie, postdoktorandský kolega Elissa Pastuzyn, Ph.D., v prohlášení. „Žádný jiný nevírusový protein, o němž víme, že se jedná o takové činy.“

Výzkumníci se domnívají, že se tato spolupráce mezi viry a savci stala někdy mezi 350 a 400 miliony lety, kdy retrotransposon - předek moderních retrovirů - dostal DNA do čtyřnohého zvířete. Také se domnívají, že se to stalo více než jednou. Pokud mají pravdu, tento výzkum komplikuje obraz vývoje života, jak ho známe. Nejen, že se mnoho mutací stalo náhodnou náhodou, aby nám udělali to, co jsme dnes, ale skutečně jsme si vypůjčili biologii z jiných buněk a organismů, abychom se sem dostali. Trochu jejich historie dnes žije v nás.

Abstraktní: Neuronální gen Arc je nezbytný pro dlouhodobé uchovávání informací v mozku savců, zprostředkovává různé formy synaptické plasticity a je zapojen do poruch nervového vývoje. O molekulární funkci a evolučním původu Arku je však málo známo. Zde ukážeme, že Arc se sestavuje do kapslí, které obsahují virus. Endogenní Arc protein je uvolňován z neuronů v extracelulárních váčcích, které zprostředkovávají přenos Arc mRNA do nových cílových buněk, kde může podstoupit translaci závislou na aktivitě. Purifikované kapsle Arc jsou endocytovány a jsou schopny přenášet Arc mRNA do cytoplazmy neuronů. Tyto výsledky ukazují, že Arc vykazuje podobné molekulární vlastnosti proteinů retrovirového Gag. Evoluční analýza ukazuje, že Arc je odvozen od linie obratlovců Ty3 / gypsy retrotransposons, které jsou také předky retrovirů. Tato zjištění naznačují, že retroagementy Gag byly během evoluce přeměněny na zprostředkování mezibuněčné komunikace v nervovém systému.