Нейроны в мозге общаются… по-вирусячьи

МЕНЮ


Искусственный интеллект. Новости
Поиск

ТЕМЫ


Новости ИИРабота разумаВнедрение ИИРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информации

RSS


RSS новости

Авторизация



Новостная лента форума ailab.ru

Когда Джейсон Шеферд из Университета Юты (США) впервые увидел эти структуры в микроскоп, то подумал, что они похожи на вирусы. Вот только смотрел он не на вирусы.

Шеферд уже много лет изучает ген Arc, который активен в нейронах и играет важную роль в мозге. Мышь, у которой Arc отключен, не способна к обучению или формированию долговременной памяти: отыскав сыр в лабиринте, она уже на следующий день забудет дорогу к нему. При этом исследовать ген непросто: у каждого зверя, каждой птицы, рептилии, амфибии – своя уникальная версия Arc, и сравнивать его работу у разных животных – сам черт ногу сломит. Гены Arc даже более уникальны, чем все представляли, – это Шеферд понял, когда выделил белки, производимые геном, и посмотрел на них в микроскоп.


Белковые капсулы Arc в нейроне крысы. Фото: Pastuzyn et al., 2018.

Оказалось, что эти белки собираются в полые сферические капсулы, до жути похожие на капсиды – белковые оболочки, защищающие наследственный материал вирусов. Шеферд сразу вспомнил картинки из учебников, изображающие ВИЧ, и показал микрофотографии экспертам по ВИЧ – те подтвердили: капсулы и правда похожи на ВИЧ. Все были в шоке. «Этот ген в мозге производит нечто, что выглядит как вирус!» – шепчет ученый, выпучив глаза.

И это не случайность. Своим происхождением ген Arc связан с древними ретротранспозонами группы gypsy, которые присутствуют в ДНК различных животных, но часто ведут себя независимо и по-цыгански: копируют себя, встревают тут и там в геном носителя. В какой-то момент некоторые из этих «цыган» обрели способность одеваться в белковые оболочки и с криком «чао!» покидать клетки хозяина – так появились ретровирусы, к которым относится и ВИЧ.

Таким образом, гены Arc являются эволюционными «кузенами» ретровирусов, что объясняет, почему они производят оболочки, похожие на вирусные капсиды. Если конкретнее, то Arc состоит в близком родстве с геном gag, который у ретровирусов отвечает за строительство капсида. Ученые и раньше замечали это сходство: в 2006 году одна научная группа, занимавшаяся поиском человеческих генов, похожих на gag, включила Arc в список кандидатов. Дальше списка, правда, дело не пошло. «А мы, будучи нейробиологами, и не смотрели никогда статьи по геномике, так что узнали об этом значительно позже», – объясняет Шеферд.

Сходства на этом не заканчиваются. При активации генов инструкции, записанные в их ДНК, сначала переписываются на РНК. Элисса Пастузин, коллега Шеферда и первый автор итоговой публикации, показала, что оболочка Arc может заключать в себя РНК, которая затем переносится в ней от одного нейрона к другому. То же самое обычно происходит у ретровирусов: РНК в капсиде перемещается из клетки в клетку.

 

«Мы стали работать в этом направлении, уже зная, что Arc – во многом особенный ген, – рассказывает Пастузин. – Но когда мы поняли, что его белок выступает в роли посредника в межклеточном транспорте РНК, то были просто ошеломлены! Ни один другой известный нам невирусный белок не ведет себя подобным образом».

Получается, что наши нейроны используют вирусоподобный ген, чтобы обмениваться друг с другом генетической информацией в вирусячьей манере, и до сегодняшнего дня никто об этом не знал. «На кой черт нейронам это нужно?! – визжит Шеферд. – Мы не знаем». Возможно, с помощью Arc – а точнее, груза в произведенной им оболочке – нейроны влияют друг на друга: РНК-бандеролька меняет гены в соседней клетке. Опять же, вирусы ведут себя схожим образом: вносят изменения в геном клетки, заставляя ее производить вирусные копии.

«Сейчас у нас больше вопросов, чем было до того, как мы все это затеяли, – говорит Шеферд. – Что собой представляет РНК-груз? Что за сигнал такой переносится в оболочках Arc? Как далеко эти капсулы, произведенные нейроном, могут перемещаться?» И что самое важное, как все это отражается на работе мозга? Если помешать нейронам производить белки Arc, как это повлияет на способность животного к обучению и на его память? Неужели память – это вирус?!

Что еще более странно, разные животные, похоже, приобрели свои версии гена независимо друг от друга. Седрик Фешотт, еще один коллега и соавтор Шеферда, выяснил, что Arc дрозофил произошел от той же группы gypsy-ретротранспозонов, что и наш вариант гена, только случилось это на 150 миллионов лет позже. И тем не менее мушиный Arc точно так же рассылает РНК в капсидообразных оболочках по соседним нейронам – и к мышцам. «Для меня, как эволюционного биолога, это самое поразительное, – признается Фешотт. – Тот факт, что такое событие случилось по меньшей мере дважды, позволяет думать, что оно могло произойти еще не раз».


В другом исследовании группы Шеферда установлено, что у юных мышей производится много белка Arc, а у старых – меньше. Если искусственно увеличить уровень белка Arc в зрительных центрах мозга у мышек-старушек, они становятся более восприимчивы к новому опыту – прям на уровне мышек-молодушек. Но вся эта научная муть не отвлекала ученых от действительно важных дел.

Не исключено, что животные, у которых генов Arc нет, например рыбы, для тех же целей адаптировали какие-то иные варианты вирусного gag. Даже в человеческом геноме таких генов, связанных происхождением с gag, под сотню. Что они все делают?

Ген gag, формирующий капсид, помогает РНК вируса безбоязненно перемещаться из клетки в клетку, и в качестве основы для системы коммуникации – подобной той, что обнаружена в нейронах, – он идеален. Надо сказать, это не единственный случай, когда животные используют свойства вирусных генов для собственного эволюционного блага. К примеру, ген env помогает вирусу сливаться с клеточной мембраной (для последующего проникновения) – это свойство очень пригодилось в плаценте млекопитающего, где материнские ткани контактируют с тканями младенца. Ген syncytin, жизненно необходимый для формирования плаценты, происходит как раз от вирусного env. Похоже на то, что многими аспектами нашей биологии мы обязаны вирусам.


Текст: Виктор Ковылин. По материалам: The Atlantic, The University of Utah
Научная статья: Cell (Pastuzyn et al., 2018)


Источник: batrachospermum.ru