La proteina "virale" che aiuta la memoria / The "viral" protein that helps memory

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Neuroni che stanno esprimendo materiale genetico trasportato dalla proteina Arc. (Cortesia Elissa Pastuzyn) /     Neurons that are expressing genetic material carried by the Arc protein.

Una proteina essenziale per l'apprendimento e la memoria a lungo termine si comporta in un modo simile ai virus: passa da un neurone all'altro trasportando con sé un frammento di mRNA. Questo nuovo meccanismo di comunicazione fra neuroni ha la sua origine in un evento evolutivo casuale avvenuto, nel caso dei mammiferi, fra 350 e 400 milioni di anni fa.

Una proteina che ha un ruolo essenziale nell'apprendimento e nella formazione della memoria sfrutta un meccanismo di comunicazione fra neuroni mai osservato prima, che ricorda quello con cui i virus infettano le cellule ospiti. La scoperta, pubblicata su "Cell", è stata fatta da un gruppo di ricercatori dell'Università dello Utah diretti da Jason A. Shepherd che indicano in un evento evolutivo casuale verificatosi centinaia di milioni di anni fa - probabilmente proprio un'infezione virale - l'origine di questa questa proteina.

Da tempo è noto che questa proteina, chiamata Arc (activity regulated cytoscheletal-associated protein), ha un ruolo essenziale per il buon funzionamento della memoria: i topi privi di Arc dimenticano quanto hanno imparato nel giro di sole 24 ore, inoltre il loro cervello è privo di plasticità. A Shepherd, che studia la proteina da 15 anni, il comportamento di Arc era sempre apparso in qualche modo "strano", ma non era mai riuscito a definire questa sensazione fino a quando, poco tempo fa, il suo gruppo di ricerca ha catturato un'immagine di Arc che si stava assemblando in grandi strutture la cui forma ricordava un capside virale, simile a quello di un retrovirus.

A questo punto Shepherd e colleghi hanno scoperto che le sequenze genetiche che danno origine ad Arc sono effettivamente molto simili a quelle che codificano i capsidi virali. Poiché il capside è la struttura che contiene il materiale genetico del virus e consente il suo passaggio da una cellula all'altra i ricercatori si sono chiesti se anche Arc si comportasse in questo modo.

Con una serie di esperimenti hanno quindi confermato che diverse copie di Arc si assemblano in strutture cave al cui interno incapsulano dell'mRNA, prima di essere liberate nello 

spazio sinaptico (lo spazio che separa due neuroni in comunicazione fra loro) e quindi consegnare l'mRNA a un altro neurone. A differenza di quanto avviene con i virus, però, il rilascio dei "capsidi" di Arc avviene solo quando il neurone in cui si trovano viene attivato.

La proteina Arc può incapsulare materiale genetico (poliedro formato da filamenti di mRNA) e distribuirlo alle cellule cerebrali in modo simile al modo in cui i virus infettano le cellule ospiti./ Arc protein can encapsulate genetic material (polyhedron formed by mRNA filaments) and distribute it to brain cells in a similar way to the way viruses infect host cells

Ricostruendo quindi la storia evolutiva di Arc, attraverso il confronto delle sue variazioni nelle diverse specie animali, i ricercatori hanno concluso che le proteine Arc dei mammiferi derivano da un evento di 350-400 milioni di anni fa, quando un organismo di tipo virale - antenato sia degli attuali retrovirus sia in quei frammenti di DNA presenti nel genoma noti come retrotraposoni - inserì il proprio materiale genetico in diversi animali.

Questo evento però non fu però unico: Shepherd e colleghi hanno infatti scoperto che nelle mosche, per esempio, un evento analogo si verificò solo 150 milioni di anni dopo, coinvolgendo una famiglia di retrotrasposoni differente.

ENGLISH

An essential protein for learning and long-term memory behaves in a similar way to viruses: it passes from one neuron to another carrying a fragment of mRNA with it. This new mechanism of communication between neurons has its origin in a random evolutionary event occurred, in the case of mammals, between 350 and 400 million years ago.

A protein that has an essential role in learning and memory formation exploits a mechanism of communication between neurons never before observed, which recalls that with which viruses infect host cells. The discovery, published in "Cell", was made by a group of researchers from the University of Utah directed by Jason A. Shepherd who indicate in a random evolutionary event that occurred hundreds of millions of years ago - probably just a viral infection - the origin of this this protein.

It has long been known that this protein, called Arc (activity regulated cytoscheletal-associated protein), has an essential role for the proper functioning of memory: mice without Arc forget what they have learned in just 24 hours, moreover their brain it is plastic-free. In Shepherd, who has been studying the protein for 15 years, Arc's behavior had always seemed "strange", but he had never been able to define this feeling until, recently, his research group caught a 'image of Arc that was assembling in large structures whose shape resembled a viral capside, similar to that of a retrovirus.

At this point, Shepherd and colleagues found that the genetic sequences that give rise to Arc are actually very similar to those that encode viral capsids. Because the capsid is the structure that contains the genetic material of the virus and allows its passage from one cell to another, the researchers wondered if Arc behaved in this way.

With a series of experiments, they confirmed that several copies of Arc are assembled in hollow structures inside which they encapsulate the mRNA, before being released into the synaptic space (the space that separates two neurons in communication with each other) and then deliver the mRNA to another neuron. Unlike what happens with viruses, however, the release of the "capsids" of Arc occurs only when the neuron in which they are located is activated.

Reconstructing the evolutionary history of Arc, by comparing its variations in the different animal species, the researchers concluded that the Arc proteins of mammals derive from an event of 350-400 million years ago, when a viral organism - ancestor both the current retroviruses and those DNA fragments in the genome known as retrotraposons - inserted their genetic material into different animals.

But this event was not unique: Shepherd and colleagues found that in flies, for example, a similar event occurred only 150 million years later, involving a different family of retrotransposons.

Da:

http://www.lescienze.it/news/2018/01/16/news/memoria_proteina_arc_origine_virale_retrotrasposoni-3821358/?ref=nl-Le-Scienze_19-01-2018