Toutes vos mémoires sont stockées par une protéine étrange d'un virus ancien

Comment fonctionne la mémoire? Plus nous semblons plonger plus loin, plus nous nous posons de questions sur l’évolution de la fonction de la mémoire. Les scientifiques ont fait une percée décisive en identifiant la protéine Arc en 1995, en observant à quel point son rôle dans les modifications plastiques des neurones était essentiel à la consolidation de la mémoire.

Cette protéine est déjà un gros problème, mais la photo Arc devient de plus en plus intéressante. Dans une étude publiée jeudi dans le journal Cellule, une équipe de chercheurs de l'Université de l'Utah, de l'Université de Copenhague au Danemark et du laboratoire de biologie moléculaire MRC de Cambridge, au Royaume-Uni, soutiennent que l'Arc a pris sa place dans le cerveau à la suite d'une rencontre fortuite il y a des millions d'années. Semblable à la façon dont les scientifiques disent que la mitochondrie dans nos cellules est une bactérie que les cellules de nos ancêtres antiques ont absorbée, la protéine Arc semble avoir commencé comme un virus.

Les chercheurs savaient qu’ils étaient sur quelque chose quand ils ont capturé une image d’Arc qui ressemblait énormément à une capside virale, l’enveloppe protéique isoédrique qui encapsule le matériel génétique d’un virus pour être transmise aux cellules hôtes au cours de l’infection.

«À cette époque, nous ne savions pas grand chose de la fonction moléculaire ni de l’histoire évolutive d’Arc», déclare le coauteur de l’étude, Jason Shepherd, professeur adjoint de neurobiologie, anatomie, biochimie et ophtalmologie à l’Université de l’Utah, dans un communiqué. Shepherd a étudié l’arc depuis 15 ans. «Pour être honnête, j'avais presque perdu tout intérêt pour la protéine. Après avoir vu les capsids, nous savions que nous étions sur quelque chose d'intéressant."

Le problème principal qui remet en cause la compréhension de la mémoire par les neuroscientifiques est que les protéines ne durent pas très longtemps dans le cerveau, même si ces souvenirs durent presque toute une vie. Donc, pour que les souvenirs restent, il doit y avoir des changements plastiques, ce qui signifie que les structures des neurones doivent en réalité changer à la suite de la consolidation de la mémoire.

C'est ici qu'Arc entre en jeu. Des recherches antérieures sur les rats ont montré comment Arc perturbe la consolidation de la mémoire, suggérant que cet arc est essentiel à la plasticité neuronale.

Mais les scientifiques n’ont jamais pensé tomber sur des preuves indiquant une origine virale pour Arc, comme le suggèrent ces nouvelles découvertes.

L’équipe de recherche ayant eu besoin de vérifier cette théorie, elle a donc vérifié si Arc se comportait réellement comme un virus. Il s'avère que la capside de l'Arc a encapsulé son propre ARN. Lorsqu'elles ont mis les capsides Arc dans une culture de cellules cérébrales de souris, les capsides ont transféré leur ARN aux cellules cérébrales de souris, comme le fait l'infection virale.

«Nous sommes allés dans cette voie de recherche en sachant qu'Arc était spécial à bien des égards, mais lorsque nous avons découvert qu'Arc était capable de médier le transport d'ARN de cellule à cellule, nous avons été terrassés», déclare l'auteur principal de l'étude, boursier postdoctoral Elissa Pastuzyn, Ph.D., dans un communiqué. "Aucune autre protéine non virale dont nous avons connaissance n'agit de la sorte."

Les chercheurs soupçonnent cette collaboration virus-mammifères de s'être produite entre 350 et 400 millions d'années lorsqu'un rétrotransposon - l'ancêtre des rétrovirus modernes - a obtenu son ADN dans une créature à quatre pattes. Ils soupçonnent également que cela s'est produit plus d'une fois. Si elles ont raison, ces recherches compliquent l’image de l’évolution de la vie telle que nous la connaissons. Non seulement de nombreuses mutations ont eu lieu par hasard pour nous donner ce que nous sommes aujourd'hui, mais nous avons en fait emprunté la biologie à d'autres cellules et organismes pour arriver ici. Un peu de leur histoire demeure en nous aujourd'hui.

Abstrait: Le gène neuronal Arc est essentiel pour le stockage durable d'informations dans le cerveau des mammifères. Il intervient dans diverses formes de plasticité synaptique et a été impliqué dans des troubles du développement neurologique. Cependant, on en sait peu sur la fonction moléculaire et les origines évolutives d’Arc. Ici, nous montrons qu'Arc s'auto-assemble dans des capsides virales qui encapsulent l'ARN. La protéine Arc endogène est libérée par les neurones dans les vésicules extracellulaires qui assurent la médiation du transfert de l'ARNm d'Arc dans de nouvelles cellules cibles, où elle peut subir une traduction dépendante de l'activité. Les capsides Arc purifiées sont endocytées et capables de transférer l'ARNm d'Arc dans le cytoplasme des neurones. Ces résultats montrent que Arc présente des propriétés moléculaires similaires à celles des protéines Gag rétrovirales. L'analyse évolutive indique que Arc est dérivé d'une lignée de vertébrés de rétrotransposons Ty3 / gypsy, qui sont également des ancêtres des rétrovirus. Ces résultats suggèrent que les rétroéléments de Gag ont été réutilisés au cours de l'évolution pour assurer la médiation de la communication intercellulaire dans le système nerveux.