Una proteína similar a un virus, clave para la cognición y la memoria
La posibilidad de que las proteínas similares a las de los virus puedan ser la base de una forma novedosa de comunicación de célula a célula en el cerebro podría cambiar nuestra comprensión de cómo se forman los recuerdos, según el autor principal de una investigación, Jason Shepherd, neurocientífico de la Universidad de Salud de Utah, Estados Unidos, cuyo trabajo se publica este jueves en la revista 'Cell'.
Shepherd primero sospechó que algo era diferente sobre Arc cuando sus colegas capturaron una imagen de la proteína que mostraba que Arc se estaba ensamblando en estructuras grandes. Con una forma que se asemeja a una cápsula de un módulo de aterrizaje lunar, estas estructuras se parecían mucho al retrovirus, el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH).
"En ese momento, no sabíamos mucho sobre la función molecular o la historia evolutiva de Arc", dice Shepherd, que ha investigado la proteína durante 15 años. "Para ser sincero, casi había perdido el interés en la proteína. Después de ver las cápsides, sabíamos que teníamos algo interesante", agrega.
La brecha en la investigación no fue por falta de un tema interesante. El trabajo previo había demostrado que los ratones que carecían de Arc olvidaron cosas que habían aprendido unas 24 horas antes y sus cerebros carecían de plasticidad. Hay una ventana de tiempo temprano en la vida en que el cerebro es como una esponja, absorbiendo fácilmente nuevos conocimientos y habilidades. Sin Arc, la ventana nunca se abre.
Los científicos nunca habían considerado que los mecanismos responsables de adquirir conocimiento pudieran provenir de orígenes extranjeros; pero, ahora, el trabajo de Shepherd y su equipo ha planteado esta posibilidad. Al ver la propensión inusual de Arc a formar estructuras parecidas a virus, Shepherd volvió a analizó la secuencia de proteínas y descubrió que las regiones del código eran similares a las de las cápsides virales. Una herramienta esencial para la infección viral, las cápsides llevan la información genética del virus y la transmiten de una célula a otra en su víctima.
Dado que Arc parece una proteína viral, Shepherd y sus colegas diseñaron una serie de experimentos para probar si también actúa como uno. Primero determinaron que varias copias de Arc se autoensamblan en cápsides huecas similares a virus y guardan su propio material genético, en este caso ARNm, dentro de ellas. Cuando los científicos agregaron las cápsides a las células del cerebro del ratón, o neuronas, cultivadas en un plato, Arc transfirió su carga genética a las células.
Después de que los virus invaden las células del huésped, emergen listos para infectar nuevamente y parece que Arc funciona de manera similar. Los científicos reunieron Arc que había sido liberado de las neuronas del ratón y determinaron que las proteínas y su carga podrían ser absorbidas por otro conjunto de neuronas. A diferencia de los virus, la activación de las neuronas moviliza Arc, lo que desencadena la liberación de cápsides.
"Entramos en esta línea de investigación sabiendo que Arc era especial en muchos sentidos, pero cuando descubrimos que Arc podía mediar en el transporte de ARN de célula a célula, nos quedamos sin palabras", dice el autor principal del estudio, la investigadora postdoctoral Elissa Pastuzyn. "Ninguna otra proteína no viral que conocemos actúa de esta manera", añade.
La historia del origen de Arc se transmite a través de los genomas de los animales a lo largo del tiempo evolutivo. Hace 350-400 millones de años, una ocurrencia casual afectó a criaturas de cuatro extremidades que vagaban por la tierra. Un ancestro de los retrovirus, llamado retrotransposones, insertó su material genético en el ADN de los animales. El evento condujo al Arc de mamíferos que conocemos hoy.
La importancia de tal evento se insinúa por el hecho de que sucedió más de una vez. Un documento adjunto en el mismo número de 'Cell' muestra que una versión de Arc que se encuentra en las moscas también se ve y actúa como una cápside viral. El laboratorio de Vivian Budnik en la Universidad de Massachusetts, Estados Unidos, concluye que Arc de la mosca transporta el ARN de las neuronas a los músculos para controlar el movimiento. Aunque los Arc de los mamíferos y las moscas evolucionaron a partir de la misma clase de retrotransposones, el evento en las moscas ocurrió unos 150 millones de años después.
"Como biólogo evolutivo, esto es lo que más me emociona", dice el coautor Cédric Feschotte, profesor en la Universidad de Cornell, en Nueva York, Estados Unidos. "El hecho de que sucedió al menos dos veces nos hace pensar que ocurrió aún más", agrega.
Shepherd cree que esto podría significar que es ventajoso tener este sistema de inspiración viral en su lugar y puede representar una nueva forma de comunicación intercelular. Falta probar esta hipótesis en los mamíferos. "Saber qué carga transportan las vesículas de Arc en los animales vivos será fundamental para comprender la función de esta vía", dice.
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