Alle Ihre Erinnerungen werden von einem seltsamen Protein eines uralten Virus gespeichert

Wie funktioniert das Gedächtnis? Je weiter wir einzutauchen scheinen, desto mehr Fragen stolpern wir darüber, wie sich die Funktion des Gedächtnisses entwickelt hat. Mit der Identifizierung des Arc-Proteins im Jahr 1995 gelang den Wissenschaftlern ein entscheidender Durchbruch. Dabei wurde beobachtet, wie wichtig ihre Rolle bei den plastischen Veränderungen in Neuronen für die Gedächtniskonsolidierung ist.

Dieses Protein ist bereits eine große Sache, aber das Arc-Bild ist jetzt viel interessanter geworden. In einer Studie veröffentlicht Donnerstag in der Zeitschrift Zelle, ein Forscherteam der University of Utah, der Universität von Kopenhagen in Dänemark und des MRC-Laboratoriums für Molekularbiologie in Cambridge, Großbritannien, argumentieren, dass Arc seinen Platz als Ergebnis einer zufälligen Zufallsbesprechung vor Millionen von Jahren im Gehirn eingenommen habe. Ähnlich wie Wissenschaftler sagen, dass die Mitochondrien in unseren Zellen als Bakterien entstanden sind, die die Zellen unserer alten Vorfahren absorbiert haben, scheint das Arc-Protein als Virus entstanden zu sein.

Die Forscher wussten, dass sie auf etwas stießen, als sie ein Bild von Arc aufnahmen, das sehr nach einem Viruskapsid aussah, der isoedrischen Proteinhülle, die das genetische Material eines Virus für die Abgabe an Wirtszellen während einer Infektion einkapselt.

"Zu dieser Zeit wussten wir nicht viel über die molekularen Funktionen oder die Evolutionsgeschichte von Arc", sagt der Studienkamerad Jason Shepherd, Assistenzprofessor für Neurobiologie, Anatomie, Biochemie und Augenheilkunde an der University of Utah, in einer Erklärung. Shepherd hat Arc seit 15 Jahren studiert. „Um ehrlich zu sein, hatte ich fast das Interesse an dem Protein verloren. Nachdem wir die Kapside gesehen hatten, wussten wir, dass wir auf etwas Interessantes stießen. “

Das Hauptproblem, das Neurowissenschaftler beim Verständnis des Gedächtnisses herausfordert, besteht darin, dass Proteine ​​im Gehirn nicht lange halten, obwohl Erinnerungen fast ein Leben lang anhalten. Damit Erinnerungen erhalten bleiben können, muss es zu plastischen Veränderungen kommen, was bedeutet, dass sich Neuronenstrukturen aufgrund von Gedächtniskonsolidierung tatsächlich ändern müssen.

Hier kommt Arc ins Spiel. Frühere Forschungen an Ratten zeigten, wie Arc die Gedächtniskonsolidierung unterbricht, was darauf schließen lässt, dass Arc für die neuronale Plastizität von entscheidender Bedeutung ist.

Wissenschaftler hätten nie gedacht, dass sie auf Beweise stoßen würden, die auf einen viralen Ursprung von Arc hindeuten, wie diese neuen Erkenntnisse vermuten lassen.

Das Forschungsteam musste diese Theorie überprüfen und testete, ob Arc tatsächlich wie ein Virus wirkt. Es stellt sich heraus, dass das Arc-Kapsid seine eigene RNA eingekapselt hat. Wenn sie die Arc-Kapside in eine Maus-Gehirnzellkultur einsetzen, übertragen die Kapside ihre RNA auf die Maus-Gehirnzellen - genau wie bei einer Virusinfektion.

"Wir gingen in diese Forschungsrichtung ein und wussten, dass Arc in vielerlei Hinsicht etwas Besonderes war. Als wir jedoch herausfanden, dass Arc den Transport von RNA von Zelle zu Zelle vermitteln konnte, waren wir am Boden", sagt der leitende Autor der Studie, Postdoc-Kollege Elissa Pastuzyn, Ph.D., in einer Erklärung. "Kein anderes nicht-virales Protein, von dem wir wissen, wirkt auf diese Weise."

Die Forscher vermuten, dass diese Zusammenarbeit zwischen Virus und Säugetier vor 350 bis 400 Millionen Jahren stattfand, als ein Retrotransposon - der Vorfahre moderner Retroviren - seine DNA in eine vierbeinige Kreatur verwandelte. Sie vermuten auch, dass dies mehr als einmal vorgekommen ist. Wenn sie recht haben, erschwert diese Forschung das Bild der Evolution des Lebens, wie wir sie kennen. Nicht nur, dass viele Mutationen zufällig entstanden sind, um uns zu dem zu machen, was wir heute sind, sondern wir haben uns Biologie aus anderen Zellen und Organismen geliehen, um hierher zu kommen. Ein bisschen ihrer Geschichte lebt heute in uns weiter.

Abstrakt: Das neuronale Gen Arc ist essentiell für die dauerhafte Speicherung von Informationen im Gehirn von Säugetieren, vermittelt verschiedene Formen synaptischer Plastizität und ist an neurologischen Entwicklungsstörungen beteiligt. Über die molekulare Funktion und den evolutionären Ursprung von Arc ist jedoch wenig bekannt. Hier zeigen wir, dass Arc sich selbst zu virusähnlichen Capsiden zusammenfügt, die RNA einkapseln. Endogenes Arc-Protein wird aus Neuronen in extrazellulären Vesikeln freigesetzt, die den Transfer von Arc-mRNA in neue Zielzellen vermitteln, wo es eine aktivitätsabhängige Translation durchlaufen kann. Gereinigte Arc-Kapsiden werden endozytiert und können Arc-mRNA in das Zytoplasma von Neuronen übertragen. Diese Ergebnisse zeigen, dass Arc ähnliche molekulare Eigenschaften retroviraler Gag-Proteine ​​aufweist. Evolutionsanalysen zeigen, dass Arc von einer Wirbeltier-Linie von Ty3 / Zigeuner-Retrotransposons abgeleitet wird, die auch Vorfahren von Retroviren sind. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Gag-Elemente während der Evolution erneut eingesetzt wurden, um die interzelluläre Kommunikation im Nervensystem zu vermitteln.