Нейроны налаживают связь между собой с помощью вирусоподобных «посылок», передаваемых друг другу.

На молекулярном уровне память зависит от белков, которые работают в месте межнейронного контакта – синапса. Некоторые из таких белков помогают сформировать синапс с нуля, некоторые регулируют силу сигнала, которые нервные клетки передают друг другу, и т. д. Среди белков памяти есть один под названием Arc – способность запоминать информацию зависит от него очень сильно, но что именно он делает, долгое время оставалось непонятным. Загадочности Arc добавляло и то, что он похож на белки некоторых вирусов, таких, как ВИЧ.

Нейрон и его отростки. Красные точки на нейронных отростках указывают на места для контакта с другим нейроном. (Фото: The Journal of Cell Biology / Flickr.com.)

Белок Arc формирует в нервных клетках вирусоподобные частицы с собственным генетическим материалом внутри. (Иллюстрация: University of Utah.)

Оказалось, что он не только похож на вирусные белки, но и ведет себя, как они. Исследователи из Университета Юты внедрили белок Arc в бактериальные клетки и увидели, что он формирует структуры, похожие на вирусные капсиды – сложные белковые оболочки, в которых вирусы прячут свои наследственные молекулы, ДНК или РНК.

С другой стороны, сотрудники Университета Массачусетса обнаружили похожие частицы, сложенные из Arc, выходящие из нейронов дрозофил, причем в частицах было много РНК, скопированной с гена самого Arc. (Напомним, что генетическая информация, прежде чем превратится в белковую молекулу, сначала копируется с ДНК на молекулу-посредник РНК, которая и служит непосредственной инструкцией для сборки белка.)

Все действительно было очень похоже на настоящий вирус: белковый контейнер переносил информацию о самом себе, подобно тому, как вирусная частица переносит вирусный геном. Дальнейшие эксперименты открыли у Arc и другие вирусные особенности. Когда нейронам мыши, выращиваемым в клеточной культуре, добавляли в среду частицы из белка Arc с его же РНК внутри, нейроны поглощали эти частицы и начинали синтезировать белок на шаблоне РНК (в самих нейронах ген Arc был выключен).

Однако самое интересное заключалось в том, что клетки синтезировали Arc в зависимости от электрической активности: если к нейронам приходило много импульсов, они делали больше белка. Эксперименты на дрозофилах показали, что Arc-частицы с РНК внутри передаются только в одном направлении, и если нейрон, например, передает сигнал на мышцу, то и белковые частицы будут идти от нейрона к мышечному волокну. С другой стороны, число контактов между нейронами явно зависело от Arc: если его ген выключали, то нейроны формировали меньше синапсов. Полностью результаты исследований описаны в статье в Cell.

То есть сходство одного из белков памяти с вирусами оказалось неспроста: он действительно ведет себя как вирус, программируя клетки на синтез самого себя. Видимо, его вирусные свойства помогают нейронам общаться и формировать нервные сети – не зря же синтез Arc возрастает вместе с активностью нервных клеток и не зря же без него образуется мало межнейронных контактов.

Возможно, Arc и впрямь пришел в геном вместе с каким-то вирусом, таких случаев эволюция знает много. Вирус, который сумел встроиться в геном хозяина, может надолго тут и заснуть, так что клетки начинают использовать вирусные белки в своих целях. Например, известно, что некоторые «домашние» вирусы защищают человеческий эмбрион от инфекции, а другие помогают иммунитету, стимулируя синтез антител в ответ на появления в организме чужеродных молекул.