Tutti i tuoi ricordi vengono memorizzati da una strana proteina di un virus antico

Come funziona la memoria? Più ci sembra di approfondire, più domande ci imbattiamo su come si sia evoluta la funzione della memoria. Gli scienziati hanno fatto un importante passo avanti con l'identificazione della proteina Arc nel 1995, osservando come il suo ruolo nei cambiamenti plastici nei neuroni fosse fondamentale per il consolidamento della memoria.

Questa proteina è già un grosso problema, ma l'immagine dell'Arco è diventata molto più interessante. In uno studio pubblicato giovedì sulla rivista Cellula, un team di ricercatori dell'Università dello Utah, l'Università di Copenaghen in Danimarca e il Laboratorio di MRC Laboratory of Molecular Biology di Cambridge, nel Regno Unito, sostengono che Arc ha preso il suo posto nel cervello a causa di un casuale casuale incontro milioni di anni fa. Simile a come gli scienziati dicono che i mitocondri nelle nostre cellule sono originati come batteri che le cellule dei nostri antenati hanno assorbito, la proteina Arc sembra essere iniziata come un virus.

I ricercatori sapevano che erano su qualcosa quando catturarono un'immagine di Arc che assomigliava molto a un capside virale, il rivestimento proteico isohedral che incapsula il materiale genetico di un virus da somministrare alle cellule ospiti durante l'infezione.

"All'epoca, non sapevamo molto sulla funzione molecolare o sulla storia evolutiva di Arc", dice in una dichiarazione il coautore dello studio Jason Shepherd, un assistente professore di neurobiologia, anatomia, biochimica e oftalmologia all'Università dello Utah. Shepherd ha studiato Arc per 15 anni. "Avevo quasi perso interesse per la proteina, a dire il vero. Dopo aver visto i capsidi, sapevamo di avere qualcosa di interessante."

Il problema principale che sfida la comprensione della memoria dei neuroscienziati è che le proteine ​​non durano molto a lungo nel cervello, anche se i ricordi durano quasi una vita. Quindi, affinché i ricordi rimangano, devono esserci dei cambiamenti di plastica, il che significa che le strutture dei neuroni devono cambiare in seguito al consolidamento della memoria.

È qui che entra in gioco Arc. Precedenti ricerche sui ratti hanno dimostrato come l'arco distrugga il consolidamento della memoria, suggerendo che l'arco è vitale nella plasticità neuronale.

Ma gli scienziati non hanno mai pensato che sarebbero incappati in prove che indicavano un'origine virale per Arco, come suggeriscono queste nuove scoperte.

Il team di ricerca aveva bisogno di verificare questa teoria, quindi hanno testato se Arc si comporta effettivamente come un virus. Si scopre che il capside Arc incapsula il proprio RNA. Quando hanno inserito i capsidi Arc in una coltura di cellule cerebrali di topo, i capsidi hanno trasferito il loro RNA alle cellule cerebrali del topo, proprio come fa l'infezione virale.

"Siamo andati in questa linea di ricerca sapendo che Arc era speciale in molti modi, ma quando abbiamo scoperto che Arc era in grado di mediare il trasporto da cellula a cellula di RNA, siamo rimasti colpiti", dice l'autore principale dello studio, collega postdoctorica Elissa Pastuzyn, Ph.D., in una dichiarazione. "Nessun'altra proteina non virale che conosciamo agisce in questo modo".

I ricercatori sospettano che questa collaborazione tra mammiferi e virus sia avvenuta tra 350 e 400 milioni di anni fa quando un retrotrasposone - l'antenato dei moderni retrovirus - ha ottenuto il suo DNA in una creatura a quattro zampe. Sospettano anche che ciò sia accaduto più di una volta. Se hanno ragione, questa ricerca complica il quadro dell'evoluzione della vita così come la conosciamo. Non solo molte mutazioni sono accadute casualmente per renderci ciò che siamo oggi, ma abbiamo effettivamente preso in prestito la biologia da altre cellule e organismi per arrivare qui. Un po 'della loro storia vive in noi oggi.

Astratto: Il gene neuronale Arc è essenziale per l'archiviazione a lungo termine delle informazioni nel cervello dei mammiferi, media varie forme di plasticità sinaptica ed è stato implicato nei disordini dello sviluppo neurologico. Tuttavia, si sa poco sulla funzione molecolare e sulle origini evolutive di Arc. Qui, mostriamo che Arc si auto-assembla in capsidi simili a virus che incapsulano l'RNA. La proteina endogena dell'arco viene rilasciata dai neuroni delle vescicole extracellulari che mediano il trasferimento dell'mRNA dell'arco in nuove cellule bersaglio, dove può subire una traduzione dipendente dall'attività. I capidi dell'arco purificato sono endocitati e sono in grado di trasferire l'mRNA dell'arco nel citoplasma dei neuroni. Questi risultati mostrano che Arc esibisce proprietà molecolari simili delle proteine ​​retrovirali di Gag. L'analisi evolutiva indica che l'arco è derivato da un lignaggio vertebrato di retrotrasposi Ty3 / gypsy, che sono anche antenati dei retrovirus. Questi risultati suggeriscono che i retroelementi di Gag sono stati riproposti durante l'evoluzione per mediare la comunicazione intercellulare nel sistema nervoso.