Вирусная память в мозге

МЕНЮ


Искусственный интеллект. Новости
Поиск

ТЕМЫ


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

RSS


RSS новости

Авторизация



Новостная лента форума ailab.ru

Одна из областей моих научных интересов – горизонтальный перенос генов. Это процесс, при котором один организм передает свой генетический материал другому, не являющемуся его потомком. Например, агробактерии умеют “генномодифицировать” некоторые растения, превращая их в фабрики по производству удобных для усвоения питательных веществ. Эту способность взяли на вооружение ученые – генные инженеры, научившие агробактерий доставлять в растения гены, нужные нам, а не им. Метод так и назвали – агробактериальная трансформация.

Но и далекие предки самих людей перенимали гены в результате горизонтального переноса. Один из самых известных примеров – синцитин [1]. Древние вирусы использовали этот белок оболочки для того, чтобы сливаться с клетками животных и проникать в них. Задача вируса – заставить клетки копировать себя. Поэтому ген, содержащий инструкции для производства синцитина, путешествовал от клетки к клетке животного.

По-видимому, какая-то из версий древнего синцитина оказалась полезна не только для вирусов. Используя этот белок, клетки животных могли сливаться друг с другом, образуя гигантские многоядерные “суперклетки” – синцитии. Именно такие структуры играют важную роль в формировании плаценты у млекопитающих – в том числе у современных людей. Без горизонтального переноса генов плацентарных млекопитающих, таких, какими мы их знаем, не было бы.

В нашем геноме присутствуют и другие участки ДНК – потомки вирусов. Многие из них давно утратили активность и представляют собой не более чем древние заброшенные руины, обветренные случайными мутациями, позабытые естественным отбором. Но есть и те, что подают признаки жизни.

К последним относится ген Arc, о котором в 2018 году вышло две статьи в научном журнале Cell [2, 3].

Ранее было известно, что этот ген очень важен для работы мозга, в частности для поддержания синаптической пластичности – способности нервных клеток образовывать и закреплять новые нервные связи. Мыши, полностью лишенные этого гена, сохраняют краткосрочную память, но испытывают затруднения с ее переводом в долгосрочную [4]. Некоторые вещества, вызывающие амнезию у животных, приводили к падению уровня белка Arc в разных отделах мозга, включая гиппокамп, роль которого в формировании долгосрочной памяти хорошо изучена [5]. В отдельных работах было показано, что Arc – участник многих процессов, нарушения которых ведут к развитию заболеваний нервной системы - от болезни Альцгеймера до синдрома Ангельмана (наследственного заболевания, при котором типичны задержки психического развития) и шизофрении.

Оказалось, что белок Arc родственен структурным белкам ретровирусов. Ретровирусы – это не вирусы 60-х, но вирусы, чей наследственный материал хранится в виде молекул РНК. Попав в клетку, ретровирус превращает РНК в ДНК, встраивает ее в геном клетки и заставляет последнюю копировать себя. Самый известный ретровирус – ВИЧ, поражающий клетки иммунной системы.

Подобно тому, как структурные белки ретровирусов несут их информационные молекулы РНК, белок Arc упаковывает собственную РНК.

Нервные клетки взаимодействуют друг с другом посредством особых близких контактов – синапсов. Одна нервная клетка выбрасывает в синапсе нейромедиаторы – молекулы-посредники, которые активируют или тормозят другую нервную клетку. Это важнейший механизм передачи сигналов в нервной системе. Но, по-видимому, нервные клетки могут выбрасывать не только нейромедиаторы, но и специальные мембранные пузырьки, несущие белки Arc с упакованными в них РНК. Попав в другую клетку, РНК Arc служат матрицей для синтеза белков Arc, хотя, возможно, так переносятся и другие молекулы РНК. Сходство этого процесса с передачей наследственного материала вирусов показано на прикрепленном рисунке (взятом из [6]).

Таким образом, был открыт новый способ передачи информации между нервными клетками. И его существованию мы обязаны вирусам – опасным, но важным двигателям эволюции.


1. Dupressoir A, Lavialle C, Heidmann T: From ancestral infectious retroviruses to bona fide cellular genes: role of the captured syncytins in placentation. Placenta 2012, 33(9):663-671.2. Ashley J, Cordy B, Lucia D, Fradkin LG, Budnik V, Thomson T: Retrovirus-like Gag Protein Arc1 Binds RNA and Traffics across Synaptic Boutons. Cell 2018, 172(1-2):262-274 e211.3. Pastuzyn ED, Day CE, Kearns RB, Kyrke-Smith M, Taibi AV, McCormick J, Yoder N, Belnap DM, Erlendsson S, Morado DR et al: The Neuronal Gene Arc Encodes a Repurposed Retrotransposon Gag Protein that Mediates Intercellular RNA Transfer. Cell 2018, 172(1-2):275-288 e218.4. Plath N, Ohana O, Dammermann B, Errington ML, Schmitz D, Gross C, Mao X, Engelsberg A, Mahlke C, Welzl H et al: Arc/Arg3.1 is essential for the consolidation of synaptic plasticity and memories. Neuron 2006, 52(3):437-444.5. Gautam A, Wadhwa R, Thakur MK: Involvement of hippocampal Arc in amnesia and its recovery by alcoholic extract of Ashwagandha leaves. Neurobiol Learn Mem 2013, 106:177-184.6. Parrish NF, Tomonaga K: A Viral (Arc)hive for Metazoan Memory. Cell 2018, 172(1-2):8-10.

Источник: scinquisitor.livejournal.com