De un origen viral a proteína esencial para la memoria

 

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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.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.

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 mamífero 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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