我们的记忆可能源自一种古老的病毒

2018-02-24 13:25:16 来源:互联网 编辑:风云

 几十年来,人类记忆的作用机理一直困扰着神经科学家们。事实证明,这是一个非常复杂的过程,涉及多个大脑系统。在分子水平上也不太好解释记忆的机理,在大脑内部,蛋白质的作用时间不会超过几分钟。然而,我们的记忆却可以持续一生。

最近,来自犹他大学、哥本哈根大学和英国 MRC 分子生物学实验室的研究人员进行了国际合作,发现了一种叫做 Arc 的蛋白质的奇特之处。他们发现Arc对长期记忆的形成至关重要,而且Arc在某些方面与病毒十分相似。他们的发现被发表在《细胞》杂志上。

研究人员在论文中写道:“神经元基因Arc对哺乳动物大脑的长期信息存储至关重要,它调节了各种形式的突触可塑性,并且与神经发育障碍有关。不过,对于 Arc 的分子功能和进化起源,我们还是知之甚少”。这些研究人员认为,是几亿年前发生的偶然相遇导致了如今Arc蛋白在我们记忆功能中所起到的核心地位。来自犹他大学的神经生物学助理教授Jason Shepherd领导了这项研究项目,在过去的15年里,他一直致力于对Arc蛋白的研究。

Shepherd博士在一次新闻发布会上说:“当时,我们对 Arc的分子功能和进化史知之甚少。说实话,我几乎要对这种蛋白质失去兴趣了。但是在看到Arc的衣壳之后,我就知道我们发现了一些有趣的东西”。通过电子显微镜,Shepherd和他的同事们仔细研究了这种蛋白质。他们从拍摄的照片中认识到,Arc蛋白自我组装的方式看起来很像 HIV 逆转录病毒的运作方式。研究人员对此感到十分好奇:居然有蛋白质可以像病毒一样起作用,并以此作为神经元交流的平台。他们认为,Arc蛋白的作用就是打开一扇“窗户”,让记忆凝固。如果没有 Arc,“窗户”就无法打开。

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现在,Shepherd和他的同事们相信:3.5亿到4亿年前,逆转录病毒的祖先,将它的遗传物质注入了一种陆基四肢动物。这导致了Arc蛋白的发展,也使得它如今在我们的大脑中起作用。Shepherd和他的同事们发现Arc的行为就像一个病毒性的衣壳:衣壳是一种坚硬且内部中空的外壳,携带着病毒的遗传信息。病毒利用衣壳将其遗传物质从一个细胞传播到另一个细胞,从而导致宿主感染。Arc是如何模拟这个过程的呢?它会封装自己的RNA,以便将其从一个神经元传递到另一个神经元。博士后研究员Elissa Pastuzyn在新闻发布会上说道:“我们进行了各种各样的研究,知道 Arc 在很多方面都很特别。但当我们发现Arc能够调节细胞间RNA的传递时,我们被震惊了,我们所知道的其它非病毒性蛋白质都不会以这种方式发挥作用”。

这项研究正在改变我们对进化的看法。也许进化不是随机突变,而是生物体互相借用基因以获得发展。为了验证这个理论,Shepherd和他的同事们设计了一系列的实验来观察 Arc 是否像病毒一样运作。首先,他们让Arc复制了包含其mRNA的衣壳。然后,他们把这些衣壳置于含有小鼠神经元的培养皿里。在培养皿里,他们发现Arc将其mRNA传递到一个又一个的细胞中。

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