Arc蛋白類(lèi)似病毒感染宿主細胞的過(guò)程。

科學(xué)家發(fā)現，與認知和長(cháng)期記憶存儲相關(guān)的某蛋白質(zhì)的外觀(guān)和行為都非常類(lèi)似一種病毒蛋白。這種名為Arc的蛋白質(zhì)擁有與病毒用于感染宿主細胞的蛋白質(zhì)類(lèi)似的性質(zhì)，它來(lái)源于幾百萬(wàn)年前的偶然性突變事件。美國尤他健康大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家JasonShepherd是該研究的通訊作者。根據他的說(shuō)法，這種病毒樣蛋白質(zhì)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。該研究于近日發(fā)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(lèi)似于月球著(zhù)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(jīng)對該蛋白質(zhì)進(jìn)行了長(cháng)達15年的研究，他說(shuō)：“當時(shí)，我們并不太了解Arc的分子功能和進(jìn)化歷史。說(shuō)實(shí)話(huà)，我已經(jīng)對這種蛋白質(zhì)失去了興趣。在看到這個(gè)衣殼之后，我知道我們發(fā)現了有趣的事情。”

研究的不足并非因為缺乏有趣的研究主題。過(guò)去的工作表明，缺乏Arc的小鼠會(huì )忘記24小時(shí)之前學(xué)習過(guò)的內容。此外，它們的大腦缺乏可塑性。在生命早期的某段時(shí)間，大腦會(huì )有點(diǎn)像海綿，很容易吸收新的知識和技能。如果沒(méi)有Arc，這個(gè)時(shí)間窗就永遠不會(huì )打開(kāi)。科學(xué)家們從來(lái)沒(méi)有認為負責獲取知識的機制來(lái)源于外部。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(guān)察到Arc這種形成類(lèi)似病毒結構的不尋常的能力之后，Shepherd開(kāi)始重新審視這種蛋白質(zhì)并仔細檢查它的序列。他發(fā)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(zhù)病毒的遺傳信息，并將其投遞到宿主的細胞中。

因為Arc看起來(lái)像病毒蛋白，所以Shepherd和同事們設計了一系列實(shí)驗來(lái)測試它的行為是否也與病毒相似。他們首先確定，有些Arc會(huì )自組裝成為類(lèi)似病毒的空心衣殼，并會(huì )將自己的遺傳物質(zhì)（mRNA）放置其中。之后研究人員將這種衣殼注入到小鼠腦細胞（神經(jīng)元）中，并將細胞放在培養皿中，Arc會(huì )把自己的遺傳物質(zhì)釋放到細胞中。

Arc進(jìn)入神經(jīng)元之后，表達存儲在A(yíng)rc中的遺傳物質(zhì)。

在病毒入侵宿主細胞之后，它們作好再次感染的準備。Arc的行為方式與之類(lèi)似。研究人員將小鼠大腦神經(jīng)元中釋放出來(lái)的Arc收集，他們發(fā)現，這些蛋白質(zhì)和它們的基因物質(zhì)還會(huì )進(jìn)入到其他的神經(jīng)元中。與病毒不同的是，活化的神經(jīng)元會(huì )調動(dòng)Arc，觸發(fā)衣殼被釋放出來(lái)。

該研究的第一作者，ElissaPastuzyn博士說(shuō)：“經(jīng)過(guò)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(fā)現Arc能夠介導RNA的細胞間轉運時(shí)，我們感到非常震驚。我們知道其他的非病毒蛋白沒(méi)有這樣的行為。”

“被閃電劈中兩次”

Arc起源的故事在整個(gè)進(jìn)化過(guò)程中通過(guò)動(dòng)物的基因組傳播。3.5億至4億年前，一個(gè)偶然事件發(fā)生在了地球上漫游的四肢生物身上。逆轉錄病毒的祖先，即逆轉錄轉座子，將自己的遺傳物質(zhì)插入到這些動(dòng)物的DNA中。這件事情塑造了當今哺乳動(dòng)物的Arc蛋白質(zhì)。

事實(shí)上，這種事情發(fā)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(zhì)的外觀(guān)和行為也類(lèi)似于病毒殼衣。美國馬薩諸塞州大學(xué)VivianBudnik的實(shí)驗室證實(shí)，果蠅的Arc蛋白質(zhì)能夠將RNA從神經(jīng)元轉移到肌肉中，從而控制運動(dòng)。盡管哺乳動(dòng)物和果蠅的Arc都從同一類(lèi)型的逆轉錄轉座子進(jìn)化而來(lái)，但是這件事情發(fā)生在果蠅身上晚了1.5億年。

康乃爾大學(xué)的CédricFeschotte博士是作者之一，他說(shuō)：“作為一名進(jìn)化生物學(xué)家，這個(gè)現象對我來(lái)說(shuō)太有趣了。既然這種現象已經(jīng)發(fā)生了兩次，那么我們有理由相信它不僅僅發(fā)生了這兩次。”

Shepherd相信，擁有這種類(lèi)似病毒的啟發(fā)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(gè)假設還有待在哺乳動(dòng)物中進(jìn)行驗證。他說(shuō)：“弄清楚Arc向活體動(dòng)物體內運輸了什么樣的遺傳物質(zhì)對于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。