Lahat ng Iyong Mga Memorya ay Naka-imbak ng Isang Kakaibang Protina mula sa isang Sinaunang Virus

Paano gumagana ang memorya? Ang higit pang tila namin na sumisid sa, mas maraming mga tanong na natitisod namin sa tungkol sa kung paano ang pag-andar ng memory unang lumaki. Ang mga siyentipiko ay gumawa ng isang pangunahing tagumpay sa pagkakakilanlan ng protina sa Arc noong 1995, na obserbahan kung paano ang papel nito sa mga plastik na pagbabago sa neurons ay kritikal sa memorya ng pagpapatatag.

Ang protina na ito ay isang malaking pakikitungo, ngunit ang larawan ng Arc ay mas maraming kawili-wili. Sa isang pag-aaral na inilathala noong Huwebes sa journal Cell, isang koponan ng mga mananaliksik sa Unibersidad ng Utah, ang Unibersidad ng Copenhagen sa Denmark, at MRC Laboratory ng Molecular Biology sa Cambridge, UK, na nag-uutos na ang Arc ay tumagal ng lugar sa utak bilang isang resulta ng isang random na pagkakataon na nakatagpo ng milyun-milyong taon na ang nakakaraan. Katulad ng kung paano sinasabi ng mga siyentipiko na ang mitochondria sa ating mga selula ay nagmula bilang bakterya na hinuhugpasan ng mga selula ng ating mga ninuno noong sinaunang panahon, ang protina ng Arc ay tila nagsimula bilang isang virus.

Alam ng mga mananaliksik na sila ay may isang bagay kapag nakuha nila ang isang imahe ng Arc na mukhang isang kakila-kilabot maraming tulad ng isang viral capsid, ang isohedral proteksyon amerikana na encapsulates isang genetic na materyal ng virus para sa paghahatid sa host cell sa panahon ng impeksiyon.

"Sa panahong iyon, hindi namin alam ang tungkol sa molekular function o evolutionary history ng Arc," sabi ng mag-aaral na may-akda na si Jason Shepherd, isang assistant professor ng neurobiology, anatomy, biochemistry, at ophthalmology sa Unibersidad ng Utah, sa isang pahayag. Nag-aral ng Shepherd si Arc sa loob ng 15 taon. "Halos nawalan ako ng interes sa protina, upang maging matapat. Matapos makita ang mga capsids, alam namin na kami ay may isang bagay na kawili-wili."

Ang pangunahing isyu na humaharap sa pag-unawa ng mga neuroscientist sa memorya ay ang mga protina ay hindi nagtatagal ng matagal sa utak, kahit na ang mga alaala ay halos isang buhay. Kaya't para sa mga alaala na manatili, dapat mayroong mga plastic na pagbabago, ibig sabihin ang mga istruktura ng neuron ay kailangang baguhin bilang resulta ng pagpapatatag ng memorya.

Ito ay kung saan naka-play ang Arc. Nakaraang pananaliksik sa mga daga ang isinalarawan kung paano tinutulak ng Arc ang memory consolidation, na nagmumungkahi na ang Arc ay mahalaga sa neuronal plasticity.

Ngunit hindi kailanman naisip ng mga siyentipiko na sila ay natitisod sa katibayan na tumutukoy sa isang viral pinagmulan para sa Arc, tulad ng mga bagong natuklasan iminumungkahi.

Ang koponan ng pananaliksik na kailangan upang i-verify ang teorya na ito, kaya sinubukan nila kung ang Arc ay aktwal na gumaganap tulad ng isang virus. Ito ay lumiliko ang capsid ng arko ng encapsulated ng sarili nitong RNA. Kapag inilagay nila ang capsids ng arko sa isang kultura ng selula ng utak ng mouse, inilipat ng capsids ang kanilang RNA sa mga selula ng utak ng mouse - tulad ng impeksiyon ng viral.

"Nagpunta kami sa linyang ito ng pag-aaral na alam na ang Arc ay espesyal sa maraming mga paraan, ngunit kapag natuklasan namin na ang Arc ay maaaring mamagitan sa cell-sa-cell na transportasyon ng RNA, kami ay floored," sabi ng nangungunang may-akda ng pag-aaral, postectoral kapwa Elissa Pastuzyn, Ph.D., sa isang pahayag. "Walang iba pang mga di-viral na protina na alam namin ng mga gawa sa ganitong paraan."

Ang mga mananaliksik ay nag-alinlangan na ang pakikipagtulungan ng mammal na ito ay nangyari sa pagitan ng 350 at 400 milyong taon na ang nakararaan nang ang isang retrotransposon - ang ninuno ng mga modernong retroviruses - ay nakuha ang DNA sa isang apat na paa na nilalang. Pinaghihinalaan din nila na nangyari ito nang higit sa isang beses. Kung tama ang mga ito, kumplikado ang pananaliksik na ito sa larawan ng ebolusyon ng buhay gaya ng alam natin. Hindi lamang maraming mga mutasyon ang nangyari sa pamamagitan ng random na pagkakataon upang gawin sa amin kung ano ang namin ngayon, ngunit aktwal na hiniram namin ang biology mula sa iba pang mga cell at organismo upang makarating dito. Ang kaunting kasaysayan ng kanilang buhay ay nasa atin ngayon.

Abstract: Ang neuronal gene Arc ay napakahalaga para sa pag-iimbak ng impormasyong pangmatagalang sa mammalian utak, namamagitan sa iba't ibang porma ng synaptic plasticity, at na-implicated sa neurodevelopmental disorder. Gayunpaman, kaunti ang nalalaman tungkol sa molekular na function ng Arc at mga ebolusyonaryong pinagmulan. Dito, ipinapakita namin na ang Arc self-assembles sa mga capsid na tulad ng virus na nagpapaikot ng RNA. Ang protina ng Endogenous Arc ay inilabas mula sa neurons sa extracellular vesicles na nagpapamagitan sa paglipat ng Arc mRNA sa mga bagong target na mga cell, kung saan maaari itong sumailalim sa pagsasalin na nakadepende sa aktibidad. Ang Purified Arc capsids ay endocytosed at magagawang ilipat ang Arc mRNA sa cytoplasm ng neurons. Ang mga resultang ito ay nagpapakita na ang Arc ay nagpapakita ng katulad na mga katangian ng molekular ng mga protina ng retroviral Gag. Ang ebolusyonaryong pagsusuri ay nagpapahiwatig na ang Arc ay nagmula sa isang vertebrate lineage ng Ty3 / gypsy retrotransposons, na mga ninuno rin sa mga retrovirus. Ang mga natuklasan na ito ay nagpapahiwatig na ang mga retroelementong Gag ay nai-repurposed sa panahon ng ebolusyon upang mamagitan ang intercellular na komunikasyon sa nervous system.