科學家發現：一種病毒樣蛋白可能正在控制著你的記憶

Arc蛋白類似病毒感染宿主細胞的過程。圖片來源: Chris Manfre科學家發現，與認知和長期記憶存儲相關的某蛋白質的外觀和行為都非常類似一種病毒蛋白。這種名為Arc的蛋白質擁有與病毒用於感染宿主細胞的蛋白質類似的性質，它來源於幾百萬年前的偶然性突變事件。美國尤他健康大學的神經科學家Jason Shepherd是該研究的通訊作者。根據他的說法，這種病毒樣蛋白質可能成為大腦中細胞間通訊的一種新形式，這一結論可能改變我們對記憶形成方式的理解。該研究於近日發表在《Cell》上。

Shepherd的同事捕捉到一幅Arc圖像，該圖像表明Arc被裝配成大的結構。Shepherd據此推測Arc存在不同之處。這些結構的形狀類似於月球著陸器的太空艙，看上去很像逆轉錄病毒HIV的病毒衣殼。Shepherd已經對該蛋白質進行了長達15年的研究，他說：「當時，我們並不太了解Arc的分子功能和進化歷史。說實話，我已經對這種蛋白質失去了興趣。在看到這個衣殼之後，我知道我們發現了有趣的事情。」研究的不足並非因為缺乏有趣的研究主題。過去的工作表明，缺乏Arc的小鼠會忘記24小時之前學習過的內容。此外，它們的大腦缺乏可塑性。在生命早期的某段時間，大腦會有點像海綿，很容易吸收新的知識和技能。如果沒有Arc，這個時間窗就永遠不會打開。科學家們從來沒有認為負責獲取知識的機制來源於外部。現在，Shepherd團隊的這項工作表明這種可能性是存在的。重煥生機在觀察到Arc這種形成類似病毒結構的不尋常的能力之後，Shepherd開始重新審視這種蛋白質並仔細檢查它的序列。他發現，Arc的編碼區域與病毒衣殼的非常相似。衣殼是病毒感染的必要工具，它攜帶著病毒的遺傳信息，並將其投遞到宿主的細胞中。因為Arc看起來像病毒蛋白，所以Shepherd和同事們設計了一系列實驗來測試它的行為是否也與病毒相似。他們首先確定，有些Arc會自組裝成為類似病毒的空心衣殼，並會將自己的遺傳物質（mRNA）放置其中。之後研究人員將這種衣殼注入到小鼠腦細胞（神經元）中，並將細胞放在培養皿中，Arc會把自己的遺傳物質釋放到細胞中。

Arc進入神經元之後，表達存儲在Arc中的遺傳物質。圖片來源: Elissa Pastuzyn在病毒入侵宿主細胞之後，它們作好再次感染的準備。Arc的行為方式與之類似。研究人員將小鼠大腦神經元中釋放出來的Arc收集，他們發現，這些蛋白質和它們的基因物質還會進入到其他的神經元中。與病毒不同的是，活化的神經元會調動Arc，觸發衣殼被釋放出來。該研究的第一作者，Elissa Pastuzyn博士說：「經過一系列的研究我們知道Arc在很多方面都是特殊的，但是當我們發現Arc能夠介導RNA的細胞間轉運時，我們感到非常震驚。我們知道其他的非病毒蛋白沒有這樣的行為。」「被閃電劈中兩次」Arc起源的故事在整個進化過程中通過動物的基因組傳播。3.5億至4億年前，一個偶然事件發生在了地球上漫遊的四肢生物身上。逆轉錄病毒的祖先，即逆轉錄轉座子，將自己的遺傳物質插入到這些動物的DNA中。這件事情塑造了當今哺乳動物的Arc蛋白質。事實上，這種事情發生了不止一次。《Cell》上的另一篇論文表明，果蠅體內中的一種Arc蛋白質的外觀和行為也類似於病毒殼衣。美國馬薩諸塞州大學Vivian Budnik的實驗室證實，果蠅的Arc蛋白質能夠將RNA從神經元轉移到肌肉中，從而控制運動。儘管哺乳動物和果蠅的Arc都從同一類型的逆轉錄轉座子進化而來，但是這件事情發生在果蠅身上晚了1.5億年。康乃爾大學的Cédric Feschotte博士是作者之一，他說：「作為一名進化生物學家，這個現象對我來說太有趣了。既然這種現象已經發生了兩次，那麼我們有理由相信它不僅僅發生了這兩次。」Shepherd相信，擁有這種類似病毒的啟發系統是有益的，它或許代表了一種細胞間通信的新形式。這個假設還有待在哺乳動物中進行驗證。他說：「弄清楚Arc向活體動物體內運輸了什麼樣的遺傳物質對於我們理解這一生物通路的功能是非常重要的。」記住這種不尋常的病毒樣蛋白了嗎？它很有可能正在控制你的記憶。中國生物技術網誠邀生物領域科學家在我們的平台上，發表和介紹國內外原創的科研成果。本公眾號由中國科學院微生物研究所信息中心承辦微信公眾號：中國生物技術網
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