Как работает память? Чем больше мы узнаём, тем большим количеством вопросов задаёмся, особенно по поводу эволюции функции памяти. Ученые сделали ключевой прорыв в идентификации белка Arc в 1995 году, наблюдая, как его роль в пластических изменениях нейронов была критической для консолидации памяти.
Этот белок уже имеет большое значение, но сейчас Arc стал ещё интереснее. В исследовании 2018 года, опубликованном в журнале Cell, группа исследователей из Университета Юты, Копенгагенского университета в Дании и Лаборатории молекулярной биологии MRC в Кембридже, Великобритания, утверждают, что Arc занял своё место в нашем мозге миллионы лет назад благодаря случайности. К примеру, современная наука утверждает, что митохондрии в наших клетках возникли как бактерии, которые поглотили клетки наших древних предков, и в свою очередь белок Arc, похоже, зародился как вирус.
Исследователи знали, что они наткнулись на что-то необычное, когда они сделали снимок дуги, который очень похож на вирусный капсид, изоэдральный белковый слой, инкапсулирующий генетический материал вируса для доставки в клетки-хозяева во время инфекции.
«В то время мы почти ничего не знали о молекулярной функции или эволюционной истории белка Arc» — говорит соавтор исследования Джейсон Шепард, доцент кафедры нейробиологии, анатомии, биохимии и офтальмологии в Университете Юты. Шепард изучал Arc в течение 15 лет. «Честно говоря, я почти потерял интерес к белку. Увидев капсиды, мы поняли, что находимся на пороге открытия нечто захватывающего».
Основная проблема, которая бросает вызов пониманию нейробиологами памяти, состоит в том, что белки не очень долго сохраняются в мозге, хотя память может сохраняться почти всю жизнь. Таким образом, чтобы воспоминания оставались, должны проводиться пластические изменения, а это означает, что структуры нейронов фактически должны измениться в результате консолидации памяти.
И вот тут Arc вступает в игру. Предыдущие исследования на крысах проиллюстрировали, как Arc нарушает консолидацию памяти, предполагая, что белок жизненно важен для пластичности нейронов. Но ученые никогда не думали, что они обнаружат доказательства, указывающие на вирусное происхождение Arc.
Исследовательскую группу заинтересовала эта теория, поэтому они проверили, действительно ли Arc действует как вирус. Оказывается, капсид Арк инкапсулировал свою собственную РНК. Когда учёные поместили капсиды белка в культуру клеток мозга мыши, они перенесли свою РНК в клетки мозга мыши, как это делает вирусная инфекция.
«Мы запускали эту линию исследований, зная, что белок Arc во многих отношениях был особенным, но когда мы обнаружили, что он способен опосредовать межклеточный транспорт РНК, то оказались в затруднительном положении» — говорит ведущий автор исследования, доктор наук Элисса Пастужин: «никакой другой невирусный белок, который мы знаем, не действует таким образом».
Исследователи подозревают, что этот союз между вирусом и млекопитающим возник где-то между 350 и 400 миллионами лет назад, когда ретротранспозон — предок современных ретровирусов — оставил свою ДНК в четвероногом существе. Они также подозревают, что подобное случалось не раз. Если учёные правы, то исследование усложняет картину эволюции жизни, какой мы ее знаем. Мало того, что многие мутации произошли случайно, в результате сделав нас такими, какие мы есть сегодня – мы, фактически, заимствовали биологию из других клеток и организмов. Небольшая часть их истории живет в нас сегодня.