Вирусная передача генов
Две независимые группы ученых из Университета Юты и Медицинской школы Университета Массачусетса обнаружили, что ген Arc, имеющий большое значение для обучения, способен передавать генетическую информацию от одного нейрона другому в оболочках, похожих на капсиды вирусов. Другими словами, исследователи нашли новый способ взаимодействия нейронов.
Известно, что ген Arc отвечает за способность мозга хранить новую информацию. В предыдущих исследованиях было обнаружено сходство между некоторыми белками, синтез которых кодирует Arc, и белками таких вирусов как ВИЧ.
Исследователи из Университета Юты начали изучение гена Arc путем введения его в бактериальные клетки. Они увидели, что синтезированный этими клетками белок принял форму, напоминающую капсид – внешнюю оболочку, защищающую генетическую информацию вируса. «Капсид» был похож на вирусную оболочку не только внешне, но и своими свойствами и функциями.
Группа исследователей из Университета Массачусетса изучали содержимое клеточных везикул – пузырьков, которые выделяются клеткой. Эксперименты с плодовыми мухами показали, что двигательные нейроны выделяют везикулы, содержащие высокую концентрацию информационной РНК (иРНК) гена Arc. Обе группы нашли доказательства того, что «капсид» из белка Arc содержит иРНК и что «капсиды» отделяются от нейронов в составе везикул. Чем активнее нейроны, тем больше таких везикул высвобождается.
Эксперименты показали, что «капсиды» из белка Arc передают иРНК соседним клеткам подобно тому, как это делают вирусы. Исследователи культивировали нейроны мышей, не имеющих гена Arc, в чашках Петри, содержащих Arc-везикулы и «капсиды» Arc. Они обнаружили, что нейроны, ранее не имевшие гена Arc, приняли иРНК из везикул и «капсида» и стали синтезировать белок, кодируемый этим геном. С повышением электрической активности нейронов выработка белка усиливалась и превзошла таковой у клеток, изначально содержащих ген Arc.
Также было обнаружено, что иРНК перемещается только в одном направлении – от двигательных нейронов к мышечным клеткам. Белок, кодируемый Arc, способен связываться только с определенным участком иРНК (нетранслируемой областью), не используемым для синтеза белка. Двигательные нейроны мух, не имеющие гена Arc, образуют меньше связей между собой.
Обе группы исследователей планируют определить, почему клетки передают информацию подобно тому, как это делают вирусы, и возможен ли такой же путь распространения токсичных белков в головном мозге при болезни Альцгеймера. Исследования могут пролить свет на развитие неврологических заболеваний и привести к разработке новых лекарственных препаратов.
Исследователи считают, что «капсид» Arc можно использовать для генной инженерии и генной терапии, в которой в настоящее время для доставки белков к клеткам активно используются вирусы. Иммунная система часто атакует эти вирусы, что приводит к развитию побочных эффектов. Поскольку белок Arc синтезируется в организме человека, иммунной реакции на него не будет, и его можно будет использовать для доставки генов в рамках генной терапии.
Статья Elissa D. Pastuzyn et al. The Neuronal Gene Arc Encodes a Repurposed Retrotransposon Gag Protein that Mediates Intercellular RNA Transfer и Ashley et al. Retrovirus-like Gag protein Arc1 binds RNA and traffics across synaptic boutons опубликованы в журнале Cell.
Рисунки из статей Pastuzyn et al. и Ashley et al.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам NINDS: Memory gene goes viral.