L’origine della coscienza: il segreto in un virus?

“La differenza fondamentale tra una persona pensante e qualsiasi altra creatura è da ricercare nella volontà della persona stessa. […] L´essenza di un essere umano non consiste solo nell’avere desideri motivazioni o nel potere decisionale. […] gli umani invece sono in grado di dare forma a quelli che io chiamerei “desideri di secondo ordine”, cioè quei desideri che non solo pensiamo ma di cui desideriamo la loro realizzazione concreta. (FRANKFURT 1971, p. 6).

L’affascinante mondo degli androidi, creature umane senza umanità e cavallo di battaglia del mondo del cinema, suscita sempre tanto interesse e innocente immaginazione da parte del pubblico: qual è il limite oltre cui una macchina pensante può essere considerata umana? Si può arrivare a riprodurre la coscienza?

Fig.1: Immagine tratta della serie TV Westworld, in cui si descrive l’alba di un mondo popolato da coscienze artificiali, gli androidi.

Certamente, scientificamente e filosoficamente parlando, parliamo di essere umano in presenza di libero arbitrio, capacità decisionale e coscienza del sé, tutti processi biologici di plasticità neuronale derivanti da una conquista evolutiva le cui basi molecolari e cellulari non sono ancora note, ma che forse hanno molto più a che vedere con il mondo micro di quanto possiamo immaginare.

Un crescente numero di evidenze scientifiche dimostra infatti la stretta relazione che esiste tra elementi retrovirali e/o trasposonici e l’acquisizione di nuove varianti geniche nel genoma eucariotico. Studi pubblicati recentemente sulla rivista scientifica Cell hanno indipendentemente dimostrato come un gene chiave del processo di plasticità neuronale, Arc, abbia in realtà origine virale.

Pastuzyn e collaboratori concludono che, nonostante la sequenza genica di Arc abbia origini indipendenti in Drosophila e nei tetrapodi, in entrambi i casi si è visto come questa sia a sua volta derivata da una struttura retrotrasposonica antigenica, gruppo-specifica chiamata anche Gag. Inoltre, ampliando le conoscenze relative alle già note proprietà delle strutture retrovirali Gag, questi studiosi hanno dimostrato come le proteine codificate dal gene Arc del roditore siano in grado di formare dei capsidi biochimicamente competenti direttamente coinvolti in cambiamenti dell’espressione genica a livello neuronale.

Parallelamente, il team di ricercatori del Dipartimento di Neurobiologia dell’Università del Massachusetts, ha dimostrato come le strutture capsidiali codificate dalla sequenza genica Arc 1  di Drosophila all’interno di vescicole extracellulari riescano a trasportare mRNA a livello delle giunzioni neuromuscolari larvali, condizionando a livello trascrizionale le connessioni inter-sinaptiche.

Immagine che schematizza in A) la funzione delle proteine Gag nell’assemblaggio di strutture capsidiali rilasciate a livello della giunzione neuromuscolare ed in B) l’assemblaggio di complessi di proteine Arc “simil-gypsy” e proteine dArc 1 che ne facilitano il rilascio nella regione post-sinaptica.

In particolare, i ricercatori hanno rilevato un incremento del profilo di espressione genica della sequenza genica darc1 in colture cellulari di Drosophila. A livello della giunzione neuromuscolare, l’mRNA darc1 e la sua proteina corrispondente sono trasportate all’interno di vescicole endocellulari (EVs) dai bottoni pre-sinaptici fino alla regione post-sinaptica. Sorprendentemente, questa trasmissione è strettamente dipendente da un frammento retrotrasposonico della famiglia gypsy situato a livello del 3’ UTR della sequenza genica darc1.

Grazie a questi studi, l’origine dell’ Arc umana è stata definitivamente associata ad elementi genetici mobili della famiglia di retrotrasposoni Ty3/gypsy oltre a confermare il ruolo di Arc nel mediare il traffico intercellulare di mRNA via ArcEVs (un sistema rinominato sotto l’acronimo ACBARs che sta per “Capsidi di Arc trasportanti RNA). Questo nuovo meccanismo molecolare potrebbe essere alla base del trasferimento di sequenze geniche tra neuroni. Tuttavia, le proteine codificate da queste sequenze geniche Gag-simili non sono state ancora caratterizzate e il loro eventuale ruolo cooperativo in processi cellulari quali la trasmissione neuronale rimane ancora una questione aperta.

I retrotrasposoni della famiglia Ty3/gypsy sono elementi mobili antichi largamente distribuiti e abbastanza diffusi nel genoma degli eucarioti e considerati gli antenati ancestrali dei moderni retrovirus. Numerose evidenze scientifiche hanno dimostrato il coinvolgimento evolutivo di questi elementi virali in funzioni cellulari rilevanti. Nel genoma umano sono presenti più di un centinaio di geni derivanti da sequenze retrotrasposoniche di tipo Gag e molti modelli murini KO per tali sequenze geniche ortologhe, tra cui ad esempio Arc, hanno confermato la loro importanza in processi fondamentali di plasticità neuronali, come la cognizione.

La convergenza evolutiva del gene Arc rappresenta un ulteriore dimostrazione dell’influenza di geni metazoici di origine virale in funzioni critiche  della fisiologia dell’organismo, nonostante siano necessari ulteriori studi per determinare il comportamento in vivo dell’RNA Arc a livello della giunzione neuromuscolare, oltre a definirne il profilo di espressione genica a livello extra-neuronale.

Lavori futuri in quest’area potrebbero dare origine a degli strumenti di tracing virale neuronale che permetterebbero di consolidare l’influenza dei più antichi elementi virali perfino in complesse funzione fisiologiche quali l’acquisizione di una coscienza che ci renda più umani di un semplice “wanton”, cioè quell’agente che, secondo il filosofo Frankfurt, agisce al di fuori della considerazione critica dei propri desideri e della propria volontà, considerando solo le sue necessità primordiali.

 

Serena Galiè

Fonti:

  •  A Viral (Arc)hive for Metazoan Memory Nicholas (F. Parrish et al., 2018)
  • Retrovirus-like Gag Protein Arc1 Binds RNA and Traffics across Synaptic Boutons (James Ashley, et al., 2018)
  • Freedom of the will and the concept of a person (Frankfurt, 1971)

Laureata in Biotecnologie Mediche con curriculum internazionale in Management in Medical Biotechnology presso l’Università Alma Mater Studiorum di Bologna. Master in Biotechnology of Environment and Health presso l’Università di Oviedo, in Spagna. Attualmente studentessa di un PhD in Nutrizione e Metabolismo presso l’Università Rovira I Virgili, a Tarragona in Spagna.

Informazioni su Serena Galié 12 Articoli
Laureata in Biotecnologie Mediche con curriculum internazionale in Management in Medical Biotechnology presso l'Università Alma Mater Studiorum di Bologna. Master in Biotechnology of Environment and Health presso l'Università di Oviedo, in Spagna. Attualmente studentessa di un PhD in Nutrizione e Metabolismo presso l'Università Rovira I Virgili, a Tarragona in Spagna.

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