类似病毒样蛋白Arc调控大脑记忆

Shepherd 已经对该蛋白质进行了长达 15 年的研究，他说：“当时，我们并不太了解 Arc 的分子功能和进化历史。说实话，我已经对这种蛋白质失去了兴趣。在看到这个衣壳之后，我知道我们发现了有趣的事情。”

研究的不足并非因为缺乏有趣的研究主题。过去的工作表明，缺乏 Arc 的小鼠会忘记 24 小时之前学习过的内容。此外，它们的大脑缺乏可塑性。在生命早期的某段时间，大脑会有点像海绵，很容易吸收新的知识和技能。如果没有 Arc，这个时间窗就永远不会打开。科学家们从来没有认为负责获取知识的机制来源于外部。现在，Shepherd 团队的这项工作表明这种可能性是存在的。

重焕生机

在观察到 Arc 这种形成类似病毒结构的不寻常的能力之后，Shepherd 开始重新审视这种蛋白质并仔细检查它的序列。他发现，Arc 的编码区域与病毒衣壳的非常相似。衣壳是病毒感染的必要工具，它携带着病毒的遗传信息，并将其投递到宿主的细胞中。

因为 Arc 看起来像病毒蛋白，所以 Shepherd 和同事们设计了一系列实验来测试它的行为是否也与病毒相似。他们首先确定，有些 Arc 会自组装成为类似病毒的空心衣壳，并会将自己的遗传物质（mRNA）放置其中。之后研究人员将这种衣壳注入到小鼠脑细胞（神经元）中，并将细胞放在培养皿中，Arc 会把自己的遗传物质释放到细胞中。

在病毒入侵宿主细胞之后，它们作好再次感染的准备。Arc 的行为方式与之类似。研究人员将小鼠大脑神经元中释放出来的 Arc 收集，他们发现，这些蛋白质和它们的基因物质还会进入到其他的神经元中。与病毒不同的是，活化的神经元会调动 Arc，触发衣壳被释放出来。

该研究的第一作者，Elissa Pastuzyn 博士说：“经过一系列的研究我们知道 Arc 在很多方面都是特殊的，但是当我们发现 Arc 能够介导 RNA 的细胞间转运时，我们感到非常震惊。我们知道其他的非病毒蛋白没有这样的行为。”

“被闪电劈中两次”

Arc 起源的故事在整个进化过程中通过动物的基因组传播。3.5 亿至 4 亿年前，一个偶然事件发生在了地球上漫游的四肢生物身上。逆转录病毒的祖先，即逆转录转座子，将自己的遗传物质插入到这些动物的 DNA 中。这件事情塑造了当今哺乳动物的 Arc 蛋白质。

事实上，这种事情发生了不止一次。《Cell》上的另一篇论文表明，果蝇体内中的一种 Arc 蛋白质的外观和行为也类似于病毒壳衣。美国马萨诸塞州大学 Vivian Budnik 的实验室证实，果蝇的 Arc 蛋白质能够将 RNA 从神经元转移到肌肉中，从而控制运动。尽管哺乳动物和果蝇的 Arc 都从同一类型的逆转录转座子进化而来，但是这件事情发生在果蝇身上晚了 1.5 亿年。

康乃尔大学的 Cédric Feschotte 博士是作者之一，他说：“作为一名进化生物学家，这个现象对我来说太有趣了。既然这种现象已经发生了两次，那么我们有理由相信它不仅仅发生了这两次。”

Shepherd 相信，拥有这种类似病毒的启发系统是有益的，它或许代表了一种细胞间通信的新形式。这个假设还有待在哺乳动物中进行验证。他说：“弄清楚 Arc 向活体动物体内运输了什么样的遗传物质对于我们理解这一生物通路的功能是非常重要的。”

记住这种不寻常的病毒样蛋白了吗？它很有可能正在控制你的记忆。