Связь между нейронами мозга осуществляют синапсы. Само существование синапсов функция белков. Некоторые из таких белков помогают сформировать синапс с нуля, некоторые регулируют силу сигнала, которые нервные клетки передают друг другу, и т. д. Среди белков памяти есть один под названием Arc – способность запоминать информацию зависит от него очень сильно, но что именно он делает, долгое время оставалось непонятным. Загадочности Arc добавляло и то, что он похож на белки некоторых вирусов, таких, как ВИЧ.
Оказалось, что он не только похож на вирусные белки, но и ведет себя, как они. Исследователи из Университета Юты внедрили белок Arc в бактериальные клетки и увидели, что он формирует структуры, похожие на вирусные капсиды – сложные белковые оболочки, в которых вирусы прячут свои наследственные молекулы, ДНК или РНК.
С другой стороны, сотрудники Университета Массачусетса обнаружили похожие частицы, сложенные из Arc, выходящие из нейронов дрозофил, причем в частицах было много РНК, скопированной с гена самого Arc. (Напомним, что генетическая информация, прежде чем превратится в белковую молекулу, сначала копируется с ДНК на молекулу-посредник РНК, которая и служит непосредственной инструкцией для сборки белка.)
Все действительно было очень похоже на настоящий вирус: белковый контейнер переносил информацию о самом себе, подобно тому, как вирусная частица переносит вирусный геном. Дальнейшие эксперименты открыли у Arc и другие вирусные особенности. Когда нейронам мыши, выращиваемым в клеточной культуре, добавляли в среду частицы из белка Arc с его же РНК внутри, нейроны поглощали эти частицы и начинали синтезировать белок на шаблоне РНК (в самих нейронах ген Arc был выключен).
Однако самое интересное заключалось в том, что клетки синтезировали Arc в зависимости от электрической активности: если к нейронам приходило много импульсов, они делали больше белка. Эксперименты на дрозофилах показали, что Arc-частицы с РНК внутри передаются только в одном направлении, и если нейрон, например, передает сигнал на мышцу, то и белковые частицы будут идти от нейрона к мышечному волокну. С другой стороны, число контактов между нейронами явно зависело от Arc: если его ген выключали, то нейроны формировали меньше синапсов. Полностью результаты исследований описаны в статье в Cell.
***********
Вообще-то этот древний симбиоз клеток и вируса примитивен по осуществлению, и великолепен по функции! Чего проще: слабый вирус приходит в клетку, активизирует её на производство таких же вирусов, проникающих в соседние клетки… Вся группа клеток возбуждена! Осталось подавить активность вирусов и все клетки приходят в состояние покоя! Но эволюция таких клеток сделала их нейронами!