Есть ли в вашем мозге вирус?

Есть, но не совсем так, как вы себе представляете. Ученые обнаружили, что ген под названием Arc ведет себя подобно вирусу. Они заметили, что белки Arc собираются в форму, напоминающую капсид вируса, а внутри этого капсида находится мРНК Arc. Это похоже на то, как вирус реплицируется внутри хозяина. Этот ген важен для обучения и памяти.

Что общего между компьютером и мозгом? Ну, они оба умеют считать и могут содержать вирус.

Людей завораживает сила мозга и тайны, окружающие его. Это неудивительно, когда понимаешь, что "единственный орган, способный дать имя самому себе, — это мозг", как заметил Лекс Фридман, исследователь из Массачусетского технологического института. Многое из того, как работает мозг, до сих пор остается для нас загадкой, включая то, как клетки мозга (называемые "нейронами") общаются друг с другом. Однако в 2018 году две группы ученых еще больше приблизили нас к объяснению этой загадки.

Они считают, что вирусы диктуют нам жизнь.

Какое отношение мы имеем к вирусам?

Если вы когда-нибудь завидовали "Людям Икс", вы будете рады узнать, что ваш геном не является полностью человеческим. На самом деле, говорят, что по меньшей мере 8% нашего генома происходит от древних вирусов, и этот процент может достигать 40%.

Кто бы мог подумать, что в вашем геноме так много кусочков древней ДНК? Исследователи знали об этом уже давно, но недавно было сделано шокирующее открытие: некоторые из этих генов действуют внутри вас как вирусы.

Прежде чем перейти к этому, давайте сделаем краткий обзор того, что мы знаем о работе нейронов.

Как работает нейрон

Нейрон в широком смысле состоит из трех частей — тела клетки, аксона и дендритов. Аксонный конец одного нейрона "общается" с дендритом другого нейрона через соединение, называемое синапсом.

Однако для наших целей важно знать, что эти синапсы обеспечивают правильную передачу сообщений от одного нейрона к другому.

Эта связь очень динамична. В зависимости от нескольких факторов, включая жизненный опыт, синаптическая связь может усиливаться или ослабевать.

Чем больше вы практикуетесь в игре на гитаре, тем сильнее становятся связи между нейронами, отвечающими за эту деятельность. Точно так же, если вы не будете постоянно повторять аккорды, то через некоторое время соответствующие связи ослабнут, и вы их забудете.

Эта способность адаптироваться к изменяющимся условиям называется синаптической пластичностью. Именно она помогает нам учиться и формировать память.

То, как должна функционировать синаптическая пластичность, диктуется нашими генами. Ген под названием Arc считается главным регулятором этого процесса. Белки Arc (белки, регулирующие активность цитоскелетно-ассоциированного белка) участвуют в формировании долговременной памяти.

Так какое отношение это имеет к вирусам? Когда две группы ученых исследовали ген Arc у мышей и мух, они обнаружили, что его генетическая последовательность очень похожа на другой ген, называемый gag, который присутствует в таких вирусах, как ВИЧ. Между прочим, у человека есть 100 генов, похожих на gag!

Однако самая захватывающая часть этого гена еще впереди.

Как работает Arc?

Когда нейрон активируется, Arc начинает действовать. Он производит свою собственную мРНК и белки, необходимые для синаптической пластичности. Удивительно, но исследователи обнаружили, что некоторые белки Arc собираются вместе внутри клетки и начинают действовать как вирус.

Просто, чтобы освежить в памяти два основных понятия...

• Мессенджерная РНК, записываемая как мРНК, действует как промежуточный шаг между кодированием ДНК и образованием белков. Информация из ДНК, необходимая для создания белков, записывается в виде мРНК. Затем эта мРНК направляется к рибосомам - белковым фабрикам клетки - для производства белка.
• Когда вирус вторгается в клетку, он выделяет в нее свой генетический материал и начинает перехватывать функции клетки.

Когда белки Arc слипаются в нейроне, он начинает напоминать вирусный капсид (белковую оболочку вируса). В вирусе капсид содержит генетический материал, который затем высвобождается в зараженную клетку. Подобно вирусу, этот белок Arc также содержит генетический материал и заражает другие соседние клетки.

Доктор Шепард и его коллеги обнаружили, что этот вирусоподобный капсид содержит мРНК Arc, которая затем высвобождается за пределами нейрона в виде внеклеточного везикула (структуры, используемые для транспортировки материалов и помощи в межклеточной коммуникации). Затем он перемещается к своему соседу, чтобы выпустить мРНК в клетку, где она транслируется для создания новых белков Arc.

Это открытие удивительно, поскольку не существует других невирусных частиц, способных переносить мРНК между двумя клетками подобным образом.

Ученые проверили это на практике, создав нейроны мыши без гена Arc. Затем они поместили вирусные капсиды, содержащие мРНК Arc, и обнаружили, что эти нейроны без Arc приняли мРНК Arc и начали производить свой собственный белок Arc.

Другая группа ученых из Медицинской школы Массачусетского университета также продемонстрировала межклеточную коммуникацию с помощью Arc у мух.

Капсид может также содержать другие типы РНК и белков, которые не совсем известны, но необходимы для синаптической пластичности.

Что все это значит?

Белки Arc помогают в формировании долгосрочной памяти. Этот ген был замешан в нескольких неврологических расстройствах, таких как болезнь Альцгеймера и синдром Мартина-Белл. Исследование показало, что у мух, у которых отсутствовал ген Arc, также было меньше связей между нейронами и мышцами. Поэтому знание того, как работает Arc, необходимо не только для нашего фундаментального понимания, но и имеет решающее значение для разработки методов лечения.

Этот механизм также может быть использован для переноса других генов или лекарств, которые невозможно легко ввести, как указал доктор Шепард. Исследователи уже используют вирусную систему для введения новых генов (генная инженерия), но наша иммунная система атакует эти клетки. Доктор Шепард предполагает, что "поскольку белок Arc является родным для человеческого организма, клиницисты смогут использовать капсиды Arc для доставки генов для генной терапии, не вызывая иммунного ответа".

Мысли о том, что мы можем быть круче людей Икс, — это удивительное чувство!

У нас не только есть гены, которые происходят от древних вирусов, но они еще и действуют как вирусы. При этом у нас остается масса вопросов без ответов, например, существуют ли другие гены, действующие подобно Arc, и что именно происходит после того, как он доставляет свое содержимое?

Тем не менее, что мы точно знаем, так это то, что белки Arc помогают нам учиться, так что, возможно, пришло время начать использовать их, чтобы узнать больше!