ความทรงจำทั้งหมดของคุณถูกเก็บไว้โดยโปรตีนแปลก ๆ จากไวรัสโบราณ

หน่วยความจำทำงานอย่างไร ยิ่งดูเหมือนว่าเราจะดำน้ำต่อไปยิ่งคำถามที่เราพบเจอมากขึ้นเกี่ยวกับการทำงานของหน่วยความจำวิวัฒนาการครั้งแรก นักวิทยาศาสตร์ทำการค้นพบครั้งสำคัญด้วยการจำแนกโปรตีนอาร์คในปี 1995 สังเกตว่าบทบาทของมันในการเปลี่ยนแปลงพลาสติกในเซลล์ประสาทมีความสำคัญต่อการรวมหน่วยความจำอย่างไร

โปรตีนนี้เป็นเรื่องใหญ่อยู่แล้ว แต่ภาพอาร์คนั้นน่าสนใจกว่ามาก ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวันพฤหัสบดีที่วารสาร เซลล์ ทีมนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยยูทาห์มหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกนในเดนมาร์กและ MRC Laboratory of Molecular Biology ในเคมบริดจ์ประเทศอังกฤษอ้างว่า Arc เกิดขึ้นในสมองเนื่องจากมีโอกาสสุ่มพบหลายล้านปีที่แล้ว. เช่นเดียวกับที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าไมโตคอนเดรียในเซลล์ของเรามีต้นกำเนิดมาจากแบคทีเรียที่เซลล์บรรพบุรุษของเราดูดซึมมาได้โปรตีนอาร์คดูเหมือนว่าจะเริ่มเป็นไวรัส

นักวิจัยรู้ว่าพวกเขาอยู่บนบางสิ่งบางอย่างเมื่อพวกเขาจับภาพของอาร์คที่ดูน่ากลัวมากเช่น capsid ไวรัส, เสื้อคลุมโปรตีน isohedral ที่ห่อหุ้มสารพันธุกรรมของไวรัสเพื่อส่งไปยังเซลล์ที่ติดเชื้อในระหว่างการติดเชื้อ

“ ในเวลานั้นเราไม่รู้เกี่ยวกับการทำงานของโมเลกุลหรือประวัติวิวัฒนาการของอาร์คมากนัก” Jason Shepherd ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านประสาทชีววิทยากายวิภาคศาสตร์ชีวเคมีและจักษุวิทยาของมหาวิทยาลัยยูทาห์กล่าว ต้อนได้ศึกษาอาร์คเป็นเวลา 15 ปี “ ฉันเกือบหมดความสนใจในโปรตีนเพื่อที่จะซื่อสัตย์ หลังจากเห็น capsids เรารู้ว่าเรากำลังทำสิ่งที่น่าสนใจ”

ปัญหาหลักที่ท้าทายความเข้าใจของนักประสาทวิทยาคือโปรตีนนั้นไม่ได้อยู่ในสมองนานนักแม้ว่าความทรงจำจะคงอยู่เกือบตลอดชีวิต ดังนั้นสำหรับความทรงจำที่เหลืออยู่จะต้องมีการเปลี่ยนแปลงพลาสติกซึ่งหมายความว่าโครงสร้างเซลล์ประสาทจริงต้องเปลี่ยนจากการรวมหน่วยความจำ

นี่คือสิ่งที่ Arc เข้ามาเล่น การวิจัยก่อนหน้านี้เกี่ยวกับหนูแสดงให้เห็นว่า Arc ขัดขวางการรวมหน่วยความจำได้อย่างไรโดยบอกว่า Arc มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อพลาสติกในระบบประสาท

แต่นักวิทยาศาสตร์ไม่เคยคิดว่าพวกเขาจะสะดุดกับหลักฐานที่ชี้ไปที่ต้นกำเนิดไวรัสของอาร์ค

ทีมวิจัยจำเป็นต้องตรวจสอบทฤษฎีนี้ดังนั้นพวกเขาจึงทดสอบว่า Arc ทำหน้าที่เหมือนไวรัสหรือไม่ ปรากฎว่า Arc capsid ห่อหุ้มอาร์เอ็นเอของตัวเอง เมื่อพวกเขาใส่ Arc capsids เข้าไปในเซลล์ของเซลล์สมองของเมาส์นั้น capsids จะถ่ายโอน RNA ของพวกมันไปยังเซลล์สมองของเมาส์ - เช่นเดียวกับการติดเชื้อไวรัส

“ เราเข้าสู่สายการวิจัยนี้โดยรู้ว่าอาร์คมีความพิเศษในหลาย ๆ ด้าน แต่เมื่อเราค้นพบว่าอาร์คสามารถเป็นสื่อกลางในการขนส่งเซลล์ต่อเซลล์ของอาร์เอ็นเอเราได้ปูพื้น” ผู้เขียนนำของการศึกษา Pastuzyn, Ph.D. ในแถลงการณ์ “ ไม่มีโปรตีนชนิดอื่นที่ไม่ใช่ไวรัสที่เรารู้จักกระทำด้วยวิธีนี้”

นักวิจัยสงสัยว่าการทำงานร่วมกันระหว่างสัตว์เลี้ยงลูกด้วยไวรัสนี้เกิดขึ้นระหว่าง 350 และ 400 ล้านปีก่อนเมื่อ retrotransposon ซึ่งเป็นบรรพบุรุษของไวรัส retroviruses สมัยใหม่ได้รับ DNA ของมันมาเป็นสัตว์สี่ขา พวกเขายังสงสัยว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นมากกว่าหนึ่งครั้ง หากพวกเขาพูดถูกการวิจัยนี้จะทำให้ภาพของวิวัฒนาการของชีวิตซับซ้อนขึ้นอย่างที่เรารู้ การกลายพันธุ์หลายครั้งไม่เพียงเกิดขึ้นโดยบังเอิญโดยบังเอิญเพื่อทำให้เราเป็นอย่างที่เราเป็นทุกวันนี้ แต่เราได้ยืมชีววิทยาจากเซลล์และสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ เพื่อมาที่นี่ วันนี้มีประวัติความเป็นมาเล็กน้อยอยู่ในตัวเรา

บทคัดย่อ: Arc neuronal gene เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการจัดเก็บข้อมูลที่ยาวนานในสมองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม, เป็นสื่อกลางในรูปแบบต่าง ๆ ของ synaptic plasticity, และเกี่ยวข้องกับความผิดปกติของพัฒนาการทางระบบประสาท อย่างไรก็ตามมีความรู้เพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับฟังก์ชันโมเลกุลและวิวัฒนาการของอาร์ค ที่นี่เราแสดงให้เห็นว่าอาร์คประกอบตัวเองลงในแคปซูลที่มีลักษณะคล้ายไวรัสที่ห่อหุ้มอาร์เอ็นเอ Endogenous Arc protein ถูกปลดปล่อยจากเซลล์ประสาทในถุง extracellular ที่เป็นสื่อกลางในการถ่ายโอน Arc mRNA ไปยังเซลล์เป้าหมายใหม่ซึ่งสามารถรับการแปลที่ขึ้นกับกิจกรรมได้ แคปซูลอาร์คบริสุทธิ์บริสุทธิ์ถูกสร้างเอนโดไซด์และสามารถถ่ายโอนอาร์เอ็มอาร์เอ็นเอไปยังไซโตพลาสซึมของเซลล์ประสาท ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าอาร์คจัดแสดงคุณสมบัติโมเลกุลที่คล้ายคลึงกันของโปรตีน retroviral Gag การวิเคราะห์เชิงวิวัฒนาการแสดงให้เห็นว่าอาร์คได้มาจากเชื้อสายของสัตว์มีกระดูกสันหลังของ Ty3 / gypsy retrotransposons ซึ่งเป็นบรรพบุรุษของไวรัส retroviruses การค้นพบเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่า retroelements Gag ได้รับการ repurposed ในช่วงวิวัฒนาการเพื่อเป็นสื่อกลางการสื่อสารระหว่างเซลล์ในระบบประสาท