Todos tus recuerdos están almacenados por una extraña proteína de un antiguo virus

¿Cómo funciona la memoria? Cuanto más nos sumergimos, más preguntas nos encontramos acerca de cómo evolucionó la función de la memoria por primera vez. Los científicos lograron un avance clave con la identificación de la proteína Arc en 1995, al observar cómo su papel en los cambios plásticos en las neuronas era crítico para la consolidación de la memoria.

Esta proteína ya es un gran problema, pero la imagen Arc ahora es mucho más interesante. En un estudio publicado el jueves en la revista. Célula, un equipo de investigadores de la Universidad de Utah, la Universidad de Copenhague en Dinamarca y el Laboratorio de Biología Molecular de MRC en Cambridge, Reino Unido, argumentan que Arc tomó su lugar en el cerebro como resultado de un encuentro al azar hace millones de años.. De forma similar a como los científicos dicen que las mitocondrias en nuestras células se originaron como bacterias que las células de nuestros ancestros absorbieron, la proteína Arc parece haber comenzado como un virus.

Los investigadores sabían que estaban en algo cuando capturaron una imagen de Arc que se parecía mucho a una cápside viral, la capa proteica isoédrica que encapsula el material genético de un virus para el envío a las células huésped durante la infección.

"En ese momento, no sabíamos mucho sobre la función molecular o la historia evolutiva de Arc", dice el coautor del estudio Jason Shepherd, profesor asistente de neurobiología, anatomía, bioquímica y oftalmología en la Universidad de Utah, en un comunicado. Pastor ha estudiado Arco durante 15 años. “Para ser honesto, casi había perdido el interés en la proteína. Después de ver las cápsulas, sabíamos que estábamos en algo interesante ".

El principal problema que desafía la comprensión de los neurocientíficos de la memoria es que las proteínas no duran mucho en el cerebro, a pesar de que los recuerdos duran casi toda una vida. Por lo tanto, para que los recuerdos permanezcan, debe haber cambios plásticos, lo que significa que las estructuras neuronales tienen que cambiar como resultado de la consolidación de la memoria.

Aquí es donde Arc entra en juego. Investigaciones anteriores en ratas ilustraron cómo Arc interrumpe la consolidación de la memoria, lo que sugiere que Arc es vital en la plasticidad neuronal.

Pero los científicos nunca pensaron que tropezarían con pruebas que apuntaban a un origen viral para Arc, como sugieren estos nuevos hallazgos.

El equipo de investigación necesitaba verificar esta teoría, por lo que probaron si Arc en realidad actúa como un virus. Resulta que la cápside Arc encapsuló su propio ARN. Cuando colocan las cápsides Arc en un cultivo de células cerebrales de ratón, las cápsulas transfieren su ARN a las células cerebrales de ratón, al igual que la infección viral.

"Fuimos a esta línea de investigación sabiendo que Arc era especial de muchas maneras, pero cuando descubrimos que Arc era capaz de mediar el transporte de ARN de célula a célula, quedamos sorprendidos", dice la autora principal del estudio, la investigadora postdoctoral Elissa. Pastuzyn, Ph.D., en un comunicado. "Ninguna otra proteína no viral que conocemos actúa de esta manera".

Los investigadores sospechan que esta colaboración entre virus y mamíferos ocurrió hace unos 350 o 400 millones de años, cuando un retrotransposón, el antepasado de los retrovirus modernos, convirtió su ADN en una criatura de cuatro patas. También sospechan que esto sucedió más de una vez. Si tienen razón, esta investigación complica la imagen de la evolución de la vida tal como la conocemos. No solo ocurrieron muchas mutaciones por casualidad para convertirnos en lo que somos hoy, sino que en realidad tomamos prestada la biología de otras células y organismos para llegar hasta aquí. Un poco de su historia vive hoy en nosotros.

Resumen: El gen neuronal Arc es esencial para el almacenamiento de información de larga duración en el cerebro de los mamíferos, media varias formas de plasticidad sináptica y se ha relacionado con trastornos del neurodesarrollo. Sin embargo, poco se sabe sobre la función molecular del Arco y los orígenes evolutivos. Aquí, mostramos que Arc se autoensambla en cápsides similares a virus que encapsulan el ARN. La proteína Arc endógena se libera de las neuronas en vesículas extracelulares que median la transferencia del ARNm de Arc a nuevas células diana, donde puede experimentar una traducción dependiente de la actividad. Las cápsidas de Arc purificadas son endocitadas y pueden transferir el ARNm de Arc al citoplasma de las neuronas. Estos resultados muestran que Arc exhibe propiedades moleculares similares a las proteínas Gag retrovirales. El análisis evolutivo indica que Arc se deriva de un linaje de vertebrados de retrotransposones Ty3 / gitanos, que también son ancestros de los retrovirus. Estos hallazgos sugieren que los retroelementos Gag se han reutilizado durante la evolución para mediar la comunicación intercelular en el sistema nervioso.