Все ваши воспоминания хранит одна странная древняя молекула

Способность формировать воспоминания мы позаимствовали у вирусов.

Как работает память? Чем дальше мы погружаемся в эту тему, тем больше вопросов возникает о том, как впервые возникла функция памяти.

Ученые совершили ключевой прорыв, идентифицировав в 1995 году белок Arc, заметив, что его роль в происходящих в нейронах пластических изменениях имеет решающее значение для формирования памяти.

Этот белок уже имеет большое значение, но картина Arc только что стала намного интереснее.

В исследовании, опубликованном в четверг в журнале Cell, группа ученых из Университета Юты, Университета Копенгагена в Дании и Лаборатории молекулярной биологии MRC в Кембридже, Великобритания, утверждает, что Arc занял свое место в мозге в результате случайной случайной встречи миллионы лет назад. Подобно тому, как, по мнению ученых, митохондрии в наших клетках возникли как бактерии, которые поглотили клетки наших древних предков, белок Arc, похоже, возник как вирус.

Исследователи поняли, что они что-то нашли, когда получили изображение Arc, очень похожее на вирусный капсид - изоэдрическую белковую оболочку, в которой заключен генетический материал вируса для доставки в клетки хозяина во время инфекции.

"В то время мы мало что знали о молекулярной функции или эволюционной истории Arc", - говорит соавтор исследования Джейсон Шепард, доцент кафедры нейробиологии, анатомии, биохимии и офтальмологии Университета Юты. Шепард изучал Arc в течение 15 лет. "Честно говоря, я почти потерял интерес к этому белку. Увидев капсиды, мы поняли, что нашли что-то интересное".

Главная проблема, которая мешает нейробиологам понять суть памяти, заключается в том, что белки недолго хранятся в мозге, хотя воспоминания длятся почти всю жизнь. Поэтому, чтобы воспоминания сохранялись, должны происходить пластические изменения, то есть структуры нейронов должны изменяться в результате консолидации памяти.

Именно здесь и вступает в игру Arc. Предыдущее исследование на крысах показало, как Arc нарушает консолидацию памяти, что позволяет предположить, что Arc играет важную роль в пластичности нейронов.

Но ученые никогда не думали, что наткнутся на доказательства, указывающие на вирусное происхождение Arc, о чем свидетельствуют новые результаты.

Исследовательской группе необходимо было проверить эту теорию, поэтому они проверили, действительно ли Arc действует как вирус. Оказалось, что капсид Arc инкапсулирует собственную РНК. Когда они поместили капсиды Arc в культуру клеток мозга мыши, капсиды перенесли свою РНК в клетки мозга мыши - точно так же, как это происходит при вирусной инфекции.

"Мы начали это направление исследований, зная, что Arc является особенным во многих отношениях, но когда мы обнаружили, что Arc способен опосредовать перенос РНК из клетки в клетку, мы были потрясены", - говорит ведущий автор исследования, постдокторант Элисса Пастузин, доктор философии, в своем заявлении. "Ни один другой известный нам невирусный белок не действует подобным образом".

Исследователи подозревают, что это сотрудничество вируса и млекопитающего произошло где-то между 350 и 400 миллионами лет назад, когда ретротранспозон - предок современных ретровирусов - попал со своей ДНК в четвероногое существо.

Они также подозревают, что это происходило не один раз. Если они правы, это исследование усложняет картину эволюции жизни, какой мы ее знаем. Многие мутации не только произошли по воле случая, чтобы сделать нас такими, какие мы есть сегодня, но мы фактически позаимствовали биологию у других клеток и организмов, чтобы попасть сюда. Немного их истории живет в нас сегодня.

Аннотация: Нейронный ген Arc необходим для длительного хранения информации в мозге млекопитающих, опосредует различные формы синаптической пластичности и причастен к нарушениям нейроразвития. Однако мало что известно о молекулярной функции Arc и его эволюционном происхождении. Здесь мы показываем, что Arc самособирается в вирусоподобные капсиды, которые инкапсулируют РНК.

Эндогенный белок Arc высвобождается из нейронов во внеклеточные везикулы, которые опосредуют перенос мРНК Arc в новые клетки-мишени, где она может подвергаться активно-зависимой трансляции. Очищенные капсиды Arc эндоцитируются и способны переносить мРНК Arc в цитоплазму нейронов.

Эти результаты показывают, что Arc обладает сходными молекулярными свойствами с ретровирусными Gag белками. Эволюционный анализ показывает, что Arc происходит из позвоночной линии ретротранспозонов Ty3/gypsy, которые также являются предками ретровирусов. Эти данные позволяют предположить, что ретроэлементы Gag были перепрофилированы в ходе эволюции для опосредования межклеточной коммуникации в нервной системе.

Комментарий: Несмотря на материалистическую концепцию памяти и "эволюции", эта находка восхитительна. Если бы ученые отбросили свои представления о материалистическом хранении памяти и случайной эволюции, наука могла бы сделать большой шаг вперед в понимании того, как работает мозг.