כל הזיכרונות שלך מאוחסנים על ידי חלבון מוזר אחד של וירוס עתיק

כיצד פועל הזיכרון? ככל שאנו מצליחים לצלול פנימה, ככל שאנו מתלבטים יותר בשאלה כיצד התפתחה לראשונה פונקציית הזיכרון. מדענים עשו פריצת דרך מרכזית עם זיהוי של חלבון Arc בשנת 1995, התבוננות כיצד תפקידו שינויים פלסטיק נוירונים היה קריטי לאיחוד זיכרון.

חלבון זה כבר עניין גדול, אבל את התמונה Arc יש רק הרבה יותר מעניין. במחקר שפורסם ביום חמישי בכתב העת תא, צוות חוקרים מאוניברסיטת יוטה, אוניברסיטת קופנהגן בדנמרק, ו MRC המעבדה לביולוגיה מולקולרית בקיימברידג ', בריטניה, טוענים כי ארק תפס את מקומו במוח כתוצאה של מפגש מקרי אקראי לפני מיליוני שנים. בדומה לאופן שבו המדענים אומרים שהמיטוכונדריה בתאינו נולדה כחיידקים שנטמעו בתאי אבותינו הקדומים, נראה שהחלבון של ארק התחיל כווירוס.

החוקרים ידעו שהם היו על משהו כאשר הם לכדו תמונה של ארק שנראה הרבה כמו קפסיד ויראלי, מעיל חלבון isohedral כי encapsulates חומר גנטי של הנגיף למסירה לארח תאים במהלך ההדבקה.

"באותה תקופה לא ידענו הרבה על הפונקציה המולקולרית או על ההיסטוריה האבולוציונית של ארק", אומר חבר המחקר ג'ייסון שפרד, פרופסור לנוירוביולוגיה, אנטומיה, ביוכימיה ורופאת עיניים באוניברסיטת יוטה, בהצהרה. שפרד למד ארק במשך 15 שנים. "כמעט איבדתי עניין בחלבון, למען האמת. אחרי שראינו את הקפסידים, ידענו שהגענו למשהו מעניין ".

הסוגיה המרכזית המאתגרת את הבנתם של מדעני המוח היא שחלבונים אינם מחזיקים מעמד זמן רב במוח, למרות שהזיכרונות נמשכים כמעט כל החיים. אז כדי להישאר זכרונות, חייב להיות שינוי פלסטיק, כלומר מבנים נוירון למעשה צריך לשנות כתוצאה של איחוד זיכרון.

זה המקום שבו Arc נכנס לפעולה. מחקרים קודמים על עכברים הראו כיצד Arc משבש את איחוד הזיכרון, דבר המצביע על כך ש- Arc חיוני בפלסטיות עצבית.

אבל מדענים מעולם לא חשבו שהם יעמדו בראיות המצביעים על מקור ויראלי עבור ארק, כפי שמראים הממצאים החדשים.

צוות המחקר היה צריך לאמת את התיאוריה הזו, ולכן הם בדקו האם ארק אכן מתנהג כמו וירוס. מתברר הקפסיד Arc התמצית RNA משלה. כאשר הם מכניסים את הקרקסונים לתרבות תאי המוח במוח, הקפסידים העבירו את ה- RNA שלהם לתאי המוח בעכבר - בדיוק כמו זיהום ויראלי.

"נכנסנו לקו זה של מחקר בידיעה כי ארק היה מיוחד במובנים רבים, אבל כאשר גילינו כי ארק היה מסוגל לתווך בין תא לתא התחבורה של רנ"א, היינו רצפה", אומר המחבר הראשי של המחקר, פוסט דוקטורט אליסה Phutuzyn, Ph.D., בהצהרה. "אין חלבון לא ויראלי אחר שאנחנו יודעים על מעשים בדרך זו."

החוקרים חושדים כי שיתוף פעולה של יונקים-יונקים התרחש מתישהו בין 350 ל -400 מיליון שנים, כאשר רטרו-טרנספוזון - אב קדמון של רטרווירוסים מודרניים - קיבל את הדנ"א שלו ליצור בעל ארבע רגליים. הם גם חושדים שזה קרה יותר מפעם אחת. אם הם צודקים, מחקר זה מסבך את תמונת האבולוציה של החיים כפי שאנו מכירים אותה. לא זו בלבד שהמוטציות רבות נקלעו לסיכוי אקראי להפוך אותנו למה שאנחנו היום, אבל למעשה שאלנו ביולוגיה מתאים אחרים ומאורגניזמים כדי להגיע לכאן. קצת מההיסטוריה שלהם חיה עלינו היום.

תקציר: הגן העצבית Arc חיונית לאחסון מידע לאורך זמן במוח יונקים, מתווכת בצורות שונות של גמישות סינפטית, ומשתלבת בהפרעות נוירו-התפתחותיות. עם זאת, מעט ידוע על הפונקציה המולקולרית של ארק ומוצא אבולוציוני. כאן, אנו מראים כי ארק עצמי מתכנס לתוך כמו כמו קפסידים כי לתמצת רנ"א. חלבון Arc אנדוגני הוא שוחרר נוירונים שלפוחיות תאיים כי לתווך את ההעברה של mRNA ארק לתאי היעד החדש, שבו הוא יכול לעבור תרגום תלויי פעילות. מטוהרים קופסאות Arc הם endocytosed והם מסוגלים להעביר mRNA Arc לתוך הציטופלסמה של נוירונים. תוצאות אלו מראות כי ארק מציג תכונות מולקולריות דומות של חלבונים גאג רטרובירליים. אנליזה אבולוציונית מצביעה על כך שארק נגזר משושלת החולייתנים של רטרו-טרנספוזונים של Ty3 / צוענים, שהם גם אבות לרטרווירוסים. ממצאים אלה מראים כי retroelements גאג כבר repurposed במהלך האבולוציה לתווך תקשורת בין תאיים במערכת העצבים.