Alle dine minner blir lagret av en merkelig protein fra et gammelt virus

Hvordan fungerer minnet? Jo lenger vi ser ut til å dykke inn, jo flere spørsmål vi snubler over om hvordan minnefunksjonen først utviklet seg. Forskere gjorde et viktig gjennombrudd med identifikasjonen av Arc-proteinet i 1995, og observerte hvordan dens rolle i plastendringer i nevroner var kritisk for minnekonsolidering.

Dette proteinet er allerede en stor sak, men Arc-bildet har blitt mye mer interessant. I en studie publisert torsdag i tidsskriftet Celle, et team av forskere ved University of Utah, Københavns Universitet i Danmark og MRC Laboratory of Molecular Biology i Cambridge, UK, hevder at Arc tok sin plass i hjernen som et resultat av en tilfeldig tilfeldighet for millioner av år siden. I likhet med hvordan forskere sier at mitokondriene i cellene våre oppsto som bakterier som våre gamle forfedres celler absorberte, synes Arc-proteinet å ha startet som et virus.

Forskerne visste at de var på noe da de fanget et bilde av Arc som så forferdelig ut som en viral capsid, det isohedrale proteinbelegget som inkapsler et viruss genetiske materiale for levering til vertsceller under infeksjon.

"På den tiden visste vi ikke mye om Arcs molekylære funksjon eller evolusjonære historie", forteller studiekonsor Jason Shepherd, en assisterende professor i nevrobiologi, anatomi, biokjemi og oftalmologi ved University of Utah, i en uttalelse. Shepherd har studert Arc i 15 år. "Jeg hadde nesten mistet interessen for proteinet, for å være ærlig. Etter å ha sett capsidene, visste vi at vi var på noe interessant."

Hovedproblemet som utfordrer nevrologeres forståelse av minnet er at proteiner ikke varer lenge i hjernen, selv om minner varer nesten en levetid. Så for at minner skal forbli, må det være plastendringer, noe som betyr at neuronstrukturer faktisk må bytte som følge av minnekonsolidering.

Det er her Arc kommer inn i spill. Tidligere forskning på rotter illustrert hvordan Arc forstyrrer minnekonsolidering, noe som tyder på at Arc er avgjørende for neuronal plastisitet.

Men forskere trodde aldri at de ville snuble på bevis som pekte på en viral opprinnelse for Arc, som disse nye funnene tyder på.

Forskningsgruppen trengte å verifisere denne teorien, så de testet om Arc faktisk virker som et virus. Det viser seg at Arc-kapsidene innkapslet sitt eget RNA. Når de satt Arc-kapittene til en musekjernekultur, overførte kapsene deres RNA til musens hjerneceller - akkurat som virusinfeksjon gjør.

"Vi gikk inn i denne forskningen og visste at Arc var spesiell på mange måter, men da vi oppdaget at Arc kunne formidle celle-til-celle-transport av RNA, ble vi gulvet", sier studiens hovedforfatter, postdoktor Elissa Pastuzyn, Ph.D., i en uttalelse. "Ingen andre ikke-virale proteiner som vi vet om handlinger på denne måten."

Forskerne mistenker at dette virus-pattedyrssamarbeidet skjedde en gang mellom 350 og 400 millioner år siden da en retrotransposon - forfederen til moderne retrovirusene - fikk sitt DNA i en firbenet skapning. De mistenker også at dette skjedde mer enn en gang. Hvis de har rett, kompliserer denne forskningen bildet av utviklingen av livet som vi kjenner det. Ikke bare gjorde mange mutasjoner tilfeldig tilfeldighet for å gjøre oss det vi er i dag, men vi lånte faktisk biologi fra andre celler og organismer for å komme hit. En liten bit av sin historie lever i oss i dag.

Abstrakt: Nevrongenet Arc er essensielt for langvarig lagring av informasjon i pattedyrhjernen, formidler ulike former for synaptisk plastisitet, og har blitt involvert i nevrodevelopmental lidelser. Imidlertid er lite kjent om Arcs molekylære funksjon og evolusjonerende opprinnelse. Her viser vi at Arc selvmonterer til viruslignende capsider som inkapslerer RNA. Endogent Arc-protein frigjøres fra nevroner i ekstracellulære vesikler som formidler overføringen av Arc mRNA til nye målceller, hvor det kan gjennomgå aktivitetsavhengig oversettelse. Purified Arc capsider er endocytosed og er i stand til å overføre Arc mRNA til cytoplasma av neuroner. Disse resultatene viser at Arc utviser lignende molekylære egenskaper av retrovirale Gag-proteiner. Evolusjonær analyse indikerer at Arc er avledet fra en vertebratlinje av Ty3 / gypsy retrotransposons, som også er forfedre til retrovirus. Disse funnene tyder på at Gag-retroelements har blitt repurposed under evolusjonen for å formidle intercellulær kommunikasjon i nervesystemet.