Semua Kenangan Anda Disimpan oleh Satu Protein Aneh dari Virus Kuno

Bagaimana cara kerja memori? Semakin jauh kita menyelami, semakin banyak pertanyaan yang kita temui tentang bagaimana fungsi memori pertama kali berevolusi. Para ilmuwan membuat terobosan kunci dengan identifikasi protein Arc pada 1995, mengamati bagaimana perannya dalam perubahan plastis pada neuron sangat penting untuk konsolidasi memori.

Protein ini sudah merupakan masalah besar, tetapi gambar Arc menjadi jauh lebih menarik. Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan Kamis di jurnal Sel, sebuah tim peneliti di University of Utah, University of Copenhagen di Denmark, dan MRC Laboratory of Molecular Biology di Cambridge, Inggris, berpendapat bahwa Arc mengambil tempat di otak sebagai akibat dari pertemuan kebetulan acak jutaan tahun yang lalu. Mirip dengan bagaimana para ilmuwan mengatakan mitokondria dalam sel kita berasal sebagai bakteri yang diserap sel nenek moyang kita, protein Arc tampaknya telah dimulai sebagai virus.

Para peneliti tahu mereka tertarik pada sesuatu ketika mereka menangkap gambar Arc yang tampak sangat mengerikan seperti kapsid virus, mantel protein isohedral yang merangkum bahan genetik virus untuk pengiriman ke sel sel inang selama infeksi.

"Pada saat itu, kami tidak tahu banyak tentang fungsi molekuler atau sejarah evolusi Arc," kata rekan penulis studi Jason Shepherd, asisten profesor neurobiologi, anatomi, biokimia, dan oftalmologi di Universitas Utah, dalam sebuah pernyataan. Shepherd telah mempelajari Arc selama 15 tahun. “Saya hampir kehilangan minat pada protein, jujur ​​saja. Setelah melihat kapsul, kami tahu kami tertarik pada sesuatu yang menarik. ”

Masalah utama yang menantang pemahaman ahli saraf tentang ingatan adalah bahwa protein tidak bertahan lama di otak, meskipun ingatan bertahan hampir seumur hidup. Jadi agar ingatan tetap ada, harus ada perubahan plastis, yang berarti bahwa struktur neuron sebenarnya harus berubah sebagai hasil konsolidasi memori.

Di sinilah Arc berperan. Penelitian sebelumnya pada tikus menggambarkan bagaimana Arc mengganggu konsolidasi memori, menunjukkan bahwa Arc sangat penting dalam plastisitas neuron.

Tetapi para ilmuwan tidak pernah berpikir mereka akan menemukan bukti yang menunjukkan asal virus Arc, seperti temuan baru ini.

Tim peneliti perlu memverifikasi teori ini, sehingga mereka menguji apakah Arc benar-benar bertindak seperti virus. Ternyata Arc capsid merangkum RNA-nya sendiri. Ketika mereka menempatkan Arc capsids ke dalam kultur sel otak tikus, capsids memindahkan RNA mereka ke sel-sel otak tikus - seperti halnya infeksi virus.

“Kami masuk ke jalur penelitian ini mengetahui bahwa Arc adalah istimewa dalam banyak hal, tetapi ketika kami menemukan bahwa Arc mampu memediasi transportasi RNA dari sel ke sel, kami gagal,” kata penulis utama studi tersebut, rekan postdoctoral Elissa Pastuzyn, Ph.D., dalam sebuah pernyataan. "Tidak ada protein non-virus lain yang kita ketahui bertindak dengan cara ini."

Para peneliti mencurigai kolaborasi virus-mamalia ini terjadi antara 350 dan 400 juta tahun yang lalu ketika retrotransposon - leluhur retrovirus modern - membuat DNA-nya menjadi makhluk berkaki empat. Mereka juga curiga bahwa ini terjadi lebih dari satu kali. Jika mereka benar, penelitian ini memperumit gambaran evolusi kehidupan seperti yang kita ketahui. Tidak hanya banyak mutasi terjadi secara kebetulan untuk menjadikan kita seperti sekarang ini, tetapi kita sebenarnya meminjam biologi dari sel dan organisme lain untuk sampai ke sini. Sedikit dari sejarah mereka hidup di dalam kita hari ini.

Abstrak: Gen neuronal Arc sangat penting untuk penyimpanan informasi jangka panjang dalam otak mamalia, menengahi berbagai bentuk plastisitas sinaptik, dan telah terlibat dalam gangguan perkembangan saraf. Namun, sedikit yang diketahui tentang fungsi molekul Arc dan asal evolusi. Di sini, kami menunjukkan bahwa Arc merakit diri menjadi kapsid mirip virus yang merangkum RNA. Protein Arc endogen dilepaskan dari neuron dalam vesikel ekstraseluler yang memediasi transfer Arc mRNA ke sel target baru, di mana ia dapat menjalani translasi yang bergantung pada aktivitas. Kapsul Arc yang dimurnikan endositosis dan mampu mentransfer Arc mRNA ke dalam sitoplasma neuron. Hasil ini menunjukkan bahwa Arc menunjukkan sifat molekul yang serupa dari protein Gag retroviral. Analisis evolusi menunjukkan bahwa Arc berasal dari garis keturunan vertebrata dari retrotransposon Ty3 / gipsi, yang juga merupakan nenek moyang dari retrovirus. Temuan ini menunjukkan bahwa unsur retro Gag telah digunakan kembali selama evolusi untuk memediasi komunikasi antar sel dalam sistem saraf.