Ciencia: Genes y memoria
De un origen viral a proteína
esencial para la memoria
Amparo
Tolosa (Doctora en Biología) Genética
Médica News. Univ. de Valencia
Un estudio revela que
el gen Arc codifica para una proteína de origen viral y deriva de un evento
ancestral ocurrido hace miles de años. Imagen: Molecule of the day. PDB-101. http://dx.doi.org/10.2210/rcsb_pdb/mom_2010_12.
El gen Arc,
esencial para la formación y almacenamiento de la memoria en el cerebro,
codifica para una proteína de origen viral y deriva de un evento ancestral
ocurrido hace cientos de miles de años, concluye una reciente investigación de
la Universidad de Utah.
El gen Arc codifica
para una proteína con un papel vital en la plasticidad sináptica, proceso
biológico que permite al cerebro cambiar y adaptarse a la nueva información. La
alteración de la proteína se ha relacionado con diversos trastornos
neurológicos, como el Alzhéimer o la esquizofrenia. Además, ratones que carecen
de Arc no son capaces de recordar cosas que aprendieron 24 horas antes.
Una de las funciones
conocidas de Arc es regular el transporte de receptores del glutamato y
mantener sus niveles en la superficie de las neuronas en respuesta a la
actividad neuronal. Sin embargo, en términos generales se desconoce cómo
funciona exactamente la proteína y cuál es su origen.
La primera pista del
origen de Arc vino de la observación de una característica inusual en
la proteína: Arc puede autoensamblarse en cápsides similares a las de los
virus. Puesto que este es un rasgo propio de los virus, los
investigadores diseñaron varios experimentos para determinar si Arc no solo
parecía un virus sino que también tenía el comportamiento de los elementos
virales. De este modo observaron que las proteínas Arc no solo pueden
autoensamblarse en estructuras tipo cápside sino que además estas estructuras
pueden integrar su propio ARN mensajero. Los investigadores encontraron
que las proteínas Arc son liberadas de las neuronas como vesículas
extranucleares que cargan el ARN mensajero que codifica para el propio
Arc y median la transferencia del mismo a otras células, donde finalmente
es traducido a proteínas.
Los investigadores
sugieren que Arc, proteína clave para la memoria, deriva de proteínas de origen
viral cuya función ha sido redirigida a otros proceso biológicos . Imagen:
cortesía de Marta Yerca
“Empezamos esta línea de
investigación sabiendo que Arc era especial de muchas maneras, pero cuando descubrimos
que Arc era capaz de mediar el transporte célula a célula de ARN, nos quedamos
de una pieza,” señala Elissa Pastuzyn, investigadora de la Universidad de Utah
y primera firmante del trabajo. ”Ninguna otra proteína no viral que conozcamos
actúa de esta forma.”
El equipo también llevó a
cabo estudios evolutivos, que permitieron determinar que el gen Arc actual deriva de elementos anteriores a los retrovirus, que se integraron
en el genoma de un organismo ancestral hace millones de años. Interesantemente,
no es la primera vez que algo así ocurre. El gen dArc1 de la
mosca de la fruta muestra propiedades similares e interviene en la
transferencia de ARN mensajero entre las células del sistema nervioso de este
organismo tan alejado de la especie humana.
Los resultados hacen
pensar a los investigadores que Arc deriva de proteínas de origen viral
cuya función ha sido redirigida a otros procesos biológicos. Así, Arc
muestra las mismas propiedades funcionales que las proteínas Gag retrovirales,
tanto en aspectos estructurales que pueden intuirse a partir de su secuencia,
como en aspectos bioquímicos observados por los investigadores a nivel
experimental.
Los resultados del
trabajo apuntan hacia una nueva ruta de señalización y comunicación
entre neuronas similar al proceso por el que los virus infectan las células.
De confirmarse esta teoría en otras especies Arc representaría un ejemplo
extraordinario de cómo una proteína ancestral de origen viral ha redirigido su
función hacia procesos funcionales claves en los organismos superiores, como
son la memoria o la cognición.
Referencia: Siegel MB, et al. Integrated RNA and DNA
sequencing reveals early drivers of metastatic breast cancer. J Clin Invest.
2018 Feb 26. pii: 96153. doi: http://dx.doi.org/10.1172/JCI96153
Fuente: Surprise: a virus-like protein is important for
cognition and memory. https://unews.utah.edu/surprise-a-virus-like-protein-is-important-for-cognition-and-memory/
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