Alle dine minder er lagret af et underligt protein fra et gammelt virus

Hvordan virker hukommelsen? Jo længere vi synes at dykke i, jo flere spørgsmål vi snuble om, hvordan hukommelsens funktion først udviklede sig. Forskere lavede et centralt gennembrud med identifikationen af ​​Arc-proteinet i 1995 og observerede, hvordan dens rolle i plastforandringer i neuroner var kritisk for hukommelseskonsolidering.

Dette protein er allerede en big deal, men Arc-billedet blev lige meget mere interessant. I en undersøgelse udgivet torsdag i tidsskriftet Celle, et forskergruppe ved University of Utah, Københavns Universitet i Danmark og MRC Laboratory of Molecular Biology i Cambridge, UK, hævder, at Arc fandt sin plads i hjernen som følge af en tilfældig chance for millioner af år siden. Ligner på, hvordan forskere siger, at mitokondrier i vores celler stammer fra bakterier, som vores gamle forfædres celler absorberede, synes Arc-proteinet at være startet som en virus.

Forskerne vidste, at de var på noget, da de fangede et billede af Arc, der så forfærdeligt meget ud som en viral capsid, det isohedrale proteinovertræk, der indkapsler et viruss genetiske materiale til levering til værtsceller under infektion.

"På det tidspunkt vidste vi ikke meget om Arcs molekylære funktion eller evolutionære historie", siger studiekonsulent Jason Shepherd, en assisterende professor i neurobiologi, anatomi, biokemi og oftalmologi ved University of Utah i en erklæring. Shepherd har studeret Arc i 15 år. "Jeg havde næsten mistet interesse for proteinet, for at være ærlig. Efter at have set capsiderne vidste vi, at vi var på noget interessant."

Hovedproblemet, der udfordrer neuroscientists forståelse af hukommelsen er, at proteiner ikke varer meget længe i hjernen, selv om minderne varer næsten en levetid. Så for at minde skal forblive, skal der være plastiske ændringer, hvilket betyder at neuronstrukturer rent faktisk skal ændre som følge af hukommelseskonsolidering.

Det er her, Arc kommer til spil. Tidligere forskning på rotter viste, hvordan Arc forstyrrer hukommelseskonsolidering, hvilket tyder på, at Arc er afgørende for neuronal plasticitet.

Men videnskabsmænd troede aldrig, at de ville snuble på beviser, der pegede på en viral oprindelse for Arc, som disse nye fund tyder på.

Forskergruppen havde brug for at verificere denne teori, så de testede, om Arc faktisk virker som en virus. Det viser sig, at Arc Capsid indkapslede sit eget RNA. Når de sætter Arc-capsiderne ind i en musens hjernecellekultur, overføres kapsiderne deres RNA til musens hjerneceller - ligesom virusinfektion gør.

"Vi gik ind i denne forskningslinie, idet vi vidste, at Arc var speciel på mange måder, men da vi opdagede, at Arc kunne formidle celle-til-celle-transport af RNA, blev vi gulvet", siger undersøgelsens hovedforfatter, postdoktor Elissa Pastuzyn, Ph.D., i en erklæring. "Intet andet ikke-viralt protein, som vi kender til handlinger på denne måde."

Forskerne mistanke om, at dette virus-pattedyrssamarbejde skete engang mellem 350 og 400 millioner år siden, da en retrotransposon - forfader til moderne retroviruser - fik sit DNA i en firbenet væsen. De mistanker også, at dette skete mere end én gang. Hvis de har ret, komplicerer denne forskning billedet af livets udvikling som vi kender det. Ikke kun gjorde mange mutationer tilfældig chance for at gøre os, hvad vi er i dag, men vi lånte faktisk biologi fra andre celler og organismer for at komme her. En lille smule af deres historie lever i os i dag.

Abstrakt: Det neuronale gen Arc er vigtigt for langvarig opbevaring af oplysninger i pattedyrs hjerne, medierer forskellige former for synaptisk plasticitet og har været impliceret i neuro-udviklingsmæssige lidelser. Imidlertid er lille kendt om Arcs molekylære funktion og evolutionære oprindelse. Her viser vi, at Arc selv samles i viruslignende capsider, der indkapsler RNA. Endogent Arc-protein frigives fra neuroner i ekstracellulære vesikler, der formidler overførslen af ​​Arc mRNA til nye målceller, hvor den kan gennemgå aktivitetsafhængig translation. Oprensede Arc-kapider er endocytosed og er i stand til at overføre Arc mRNA til neuroplastenes cytoplasma. Disse resultater viser, at Arc udviser lignende molekylære egenskaber af retrovirale Gag-proteiner. Evolutionær analyse indikerer, at Arc er afledt af en hvirveldyrslægtning af Ty3 / gypsy retrotransposoner, som også er forfædre til retrovirus. Disse resultater tyder på, at Gag retro-elementer er blevet genoprettet under udvikling for at formidle intercellulær kommunikation i nervesystemet.