Группа ученых из Университета Юты, Копенгагенского университета и Лаборатории молекулярной биологии MRC в Соединенном Королевстве обнаружили ген под названием Arc, похожий на вирусные белки. Свое открытие они опубликовали в журнале Cell.

Arc участвует в механизмах синаптической пластичности. Через синапсы происходит обмен сигналами между нейронами, которые передают друг другу небольшие молекулы-нейромедиаторы.

Синaпс – это специализированный контакт между нервными клетками (или нервными и другими возбудимыми клетками), обеспечивающий передачу возбуждения с сохранением его информационной значимости. С помощью них нервные клетки объединяются в нервные сети, которые осуществляют обработку информации.

Ген Аrc активируется при срабатывании в синапсах глутаматных рецепторов. Данные рецепторы участвуют в процессах памяти, обучения, ощущении тревоги, восприятии боли. Рецепторы содержатся на мембранах как пре-, так и постсинаптических нейронов гиппокампа, мозжечка и коры мозга, а также в других областях.

Учёные обнаружили, что белки произведенные из данного гена образуют «пузырьки». Собирая в себя малые молекулы РНК, они передаются соседним клеткам, «заражают» их и снова высвобождают накопленные РНК.

Исследователи считают, что 230 миллионов лет назад ретротранспозон – предок ретровируса – попал в организм млекопитающего, что впоследствии привело к развитию белка Arc.

Учёные разработали ряд экспериментов, чтобы понять действует Arc как вирус или нет.

Они обнаружили, что белок реплицирует несколько копий себя в капсидах, которые несут РНК. Затем они взяли эти капсиды и поместили их в чашки Петри, содержащие мышиные нейроны, и они стали взаимодействовать.

Опыты с клеточными культурами показали, что без них синапсы быстро теряют стабильность, и связь между соседними нейронами пропадает. В итоге становится невозможным ни обучение, ни запоминание, ни исполнение сложных когнитивных функций, включая те, которые мы называем сознанием.

Изображения:
1. Структура типичного химического синапса. Основные элементы химического синапса: синаптическая щель, везикулы (синаптические пузырьки), нейромедиатор, рецепторы.

2. Общая схема передачи мРНК гена Arc между нейронами. В клетке-«доноре» делится и транслируется мРНК гена Arc. Образовавшиеся молекулы одноимённого белка спонтанно собираются в структуры, по строению близкие к капсидам ретровирусов. Эти структуры заключают в себя кодирующую их мРНК. Затем они покрываются плазматической мембраной и в составе мембранных пузырьков отделяются от клетки. Сливаясь с нейроном-«реципиентом», такие пузырьки высвобождают и «капсиды», и мРНК гена Arc. Как правило, процесс происходит в районе контактов между нервными клетками.

Теги:
#медицина
#биология
#пост

Источник:
Pastuzyn ED, Day CE, Kearns RB, Kyrke-Smith M, Taibi AV, McCormick J, Yoder N, Belnap DM, Erlendsson S, Morado DR, Briggs JAG, Feschotte C, Shepherd JD. The Neuronal Gene Arc Encodes a Repurposed Retrotransposon Gag Protein that Mediates Intercellular RNA Transfer. Cell. 2018 Jan 11;172(1-2):275-288.e18. doi: 10.1016/j.cell.2017.12.024. Erratum in: Cell. 2018 Mar 22;173(1):275. PMID: 29328916; PMCID: PMC5884693.