Arc蛋白類似病毒感染宿主細胞的過程。

科學家發(fā)現(xiàn)，與認知和長期記憶存儲相關的某蛋白質(zhì)的外觀和行為都非常類似一種病毒蛋白。這種名為Arc的蛋白質(zhì)擁有與病毒用于感染宿主細胞的蛋白質(zhì)類似的性質(zhì)，它來源于幾百萬年前的偶然性突變事件。美國尤他健康大學的神經(jīng)科學家JasonShepherd是該研究的通訊作者。根據(jù)他的說法，這種病毒樣蛋白質(zhì)可能成為大腦中細胞間通訊的一種新形式，這一結(jié)論可能改變我們對記憶形成方式的理解。該研究于近日發(fā)表在《Cell》上。

Shepherd的同事捕捉到一幅Arc圖像，該圖像表明Arc被裝配成大的結(jié)構。Shepherd據(jù)此推測Arc存在不同之處。這些結(jié)構的形狀類似于月球著陸器的太空艙，看上去很像逆轉(zhuǎn)錄病毒HIV的病毒衣殼。

Shepherd已經(jīng)對該蛋白質(zhì)進行了長達15年的研究，他說：“當時，我們并不太了解Arc的分子功能和進化歷史。說實話，我已經(jīng)對這種蛋白質(zhì)失去了興趣。在看到這個衣殼之后，我知道我們發(fā)現(xiàn)了有趣的事情。”

研究的不足并非因為缺乏有趣的研究主題。過去的工作表明，缺乏Arc的小鼠會忘記24小時之前學習過的內(nèi)容。此外，它們的大腦缺乏可塑性。在生命早期的某段時間，大腦會有點像海綿，很容易吸收新的知識和技能。如果沒有Arc，這個時間窗就永遠不會打開?？茖W家們從來沒有認為負責獲取知識的機制來源于外部?，F(xiàn)在，Shepherd團隊的這項工作表明這種可能性是存在的。

重煥生機

在觀察到Arc這種形成類似病毒結(jié)構的不尋常的能力之后，Shepherd開始重新審視這種蛋白質(zhì)并仔細檢查它的序列。他發(fā)現(xiàn)，Arc的編碼區(qū)域與病毒衣殼的非常相似。衣殼是病毒感染的必要工具，它攜帶著病毒的遺傳信息，并將其投遞到宿主的細胞中。

因為Arc看起來像病毒蛋白，所以Shepherd和同事們設計了一系列實驗來測試它的行為是否也與病毒相似。他們首先確定，有些Arc會自組裝成為類似病毒的空心衣殼，并會將自己的遺傳物質(zhì)（mRNA）放置其中。之后研究人員將這種衣殼注入到小鼠腦細胞（神經(jīng)元）中，并將細胞放在培養(yǎng)皿中，Arc會把自己的遺傳物質(zhì)釋放到細胞中。

Arc進入神經(jīng)元之后，表達存儲在Arc中的遺傳物質(zhì)。

在病毒入侵宿主細胞之后，它們作好再次感染的準備。Arc的行為方式與之類似。研究人員將小鼠大腦神經(jīng)元中釋放出來的Arc收集，他們發(fā)現(xiàn)，這些蛋白質(zhì)和它們的基因物質(zhì)還會進入到其他的神經(jīng)元中。與病毒不同的是，活化的神經(jīng)元會調(diào)動Arc，觸發(fā)衣殼被釋放出來。

該研究的第一作者，ElissaPastuzyn博士說：“經(jīng)過一系列的研究我們知道Arc在很多方面都是特殊的，但是當我們發(fā)現(xiàn)Arc能夠介導RNA的細胞間轉(zhuǎn)運時，我們感到非常震驚。我們知道其他的非病毒蛋白沒有這樣的行為。”

“被閃電劈中兩次”

Arc起源的故事在整個進化過程中通過動物的基因組傳播。3.5億至4億年前，一個偶然事件發(fā)生在了地球上漫游的四肢生物身上。逆轉(zhuǎn)錄病毒的祖先，即逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，將自己的遺傳物質(zhì)插入到這些動物的DNA中。這件事情塑造了當今哺乳動物的Arc蛋白質(zhì)。

事實上，這種事情發(fā)生了不止一次?！禖ell》上的另一篇論文表明，果蠅體內(nèi)中的一種Arc蛋白質(zhì)的外觀和行為也類似于病毒殼衣。美國馬薩諸塞州大學VivianBudnik的實驗室證實，果蠅的Arc蛋白質(zhì)能夠?qū)NA從神經(jīng)元轉(zhuǎn)移到肌肉中，從而控制運動。盡管哺乳動物和果蠅的Arc都從同一類型的逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子進化而來，但是這件事情發(fā)生在果蠅身上晚了1.5億年。

康乃爾大學的CédricFeschotte博士是作者之一，他說：“作為一名進化生物學家，這個現(xiàn)象對我來說太有趣了。既然這種現(xiàn)象已經(jīng)發(fā)生了兩次，那么我們有理由相信它不僅僅發(fā)生了這兩次。”

Shepherd相信，擁有這種類似病毒的啟發(fā)系統(tǒng)是有益的，它或許代表了一種細胞間通信的新形式。這個假設還有待在哺乳動物中進行驗證。他說：“弄清楚Arc向活體動物體內(nèi)運輸了什么樣的遺傳物質(zhì)對于我們理解這一生物通路的功能是非常重要的。”

記住這種不尋常的病毒樣蛋白了嗎？它很有可能正在控制你的記憶。