Ген памяти ведет себя как вирус

Две независимые группы ученых из Университета Юты и Медицинской школы Университета Массачусетса обнаружили, что ген Arc, критически важный для обучения, может передавать свой генетический материал от одного нейрона к другому, используя стратегию, характерную для вирусов. Оба исследования, опубликованные в журнале Cell, раскрывают новый способ взаимодействия клеток нервной системы.

Ген Arc играет ключевую роль в способности мозга хранить новую информацию, но механизм его работы был мало изучен. Ранее были обнаружены сходства между белком Arc и белками некоторых вирусов, таких как HIV, однако их значение оставалось неясным.

Ключевые открытия:

• Формирование капсида: Исследователи из Университета Юты ввели ген Arc в бактериальные клетки. К их удивлению, белок Arc собирался в структуры, напоминающие вирусный капсид — оболочку, содержащую генетическую информацию вируса.
• Транспорт в везикулах: Ученые из Массачусетса, изучая внеклеточные везикулы у плодовых мушек, обнаружили, что моторные нейроны выделяют везикулы с высокой концентрацией мРНК гена Arc. Обе группы подтвердили, что капсиды Arc содержат эту мРНК и высвобождаются нейронами внутри везикул. Чем активнее нейроны, тем больше везикул они выделяют.
• Межклеточная доставка: Эксперименты показали, что капсиды Arc действуют как вирусы, доставляя мРНК в соседние клетки. Нейроны мышей, лишенные гена Arc, поглощали везикулы или капсиды с мРНК Arc и начинали сами производить белок Arc.
• Функциональная роль: Исследования на мушках показали, что мРНК и капсиды Arc перемещаются в одном направлении — от моторных нейронов к мышцам. Мухи без гена Arc формировали меньше связей между нейронами и не могли увеличивать их количество при повышении активности, в отличие от нормальных мух.

Перспективы и значение:

• Неврология: Ученые планируют выяснить, зачем клетки используют этот вирусоподобный механизм, и может ли он способствовать распространению токсичных белков при болезни Альцгеймера. Это может пролить свет на развитие неврологических заболеваний и привести к новым методам терапии.
• Генная терапия: Белок Arc является естественным для организма человека. Это открывает возможность использовать капсиды Arc для доставки генов в генной терапии вместо вирусных векторов, что может позволить избежать иммунного ответа и опасных побочных эффектов.

Как отметил Джейсон Шеперд, доцент Университета Юты: «Эта работа — отличный пример важности фундаментальных нейробиологических исследований... Мы должны следовать туда, куда нас ведет наука».