La memoria dipende da una proteina “virale”

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La memoria non è altro che la capacità del cervello di conservare informazioni. Questo meccanismo così complesso potrebbe dipendere da una proteina che ha molto in comune con una nota classe di virus, i retrovirus (Figura1).

retrovirus in 3D
Figura 1 – Immagine 3D di un retrovirus [Credits: footage.framepool.com]

Lo studio su memoria e virus

Un gruppo di ricercatori dell’Università dello Utah, diretto da Jason A. Sheperd, ha condotto la ricerca che è recentemente apparsa sulla rivista scientifica Cell.

Lo studio ha evidenziato il comportamento di una proteina che ha un ruolo fondamentale nell’apprendimento e nella memoria a lungo termine. Sembra, infatti, che vi sia un meccanismo analogo tra la formazione della memoria e la modalità con cui i virus infettano le cellule ospiti. In questo caso, però, l’organismo in questione ne trae un vantaggio. La proteina passa, infatti, da un neurone all’altro trasportando con sé un frammento di mRNA.

La proteina Arc

Si tratta di una proteina che da lungo tempo è al centro degli studi del team di Sheperd. Il suo nome è Arc (activity regulated cytoscheletal-associated protein) ed è essenziale per la memoria. Infatti, topi privi del gene codificante per la proteina hanno un cervello dotato di minore plasticità e rimuovono in poco tempo anche informazioni accumulate in sole 24 ore.

La vera novità è, però, arrivata dopo un lungo periodo di osservazione quando, qualche tempo fa, i ricercatori sono riusciti a catturare un’immagine di Arc mentre si assemblava in grandi strutture, la cui forma ricordava un capside virale (Figura 2), simile a quello dei retrovirus.

Assemblaggio della proteina della memoria Arc
Figura 2 – Assemblaggio della proteina della memoria Arc [Credits: Chris Manfre]

L’analisi delle sequenze genetiche, da cui si origina la proteina, ha dato un’ulteriore conferma di quella che, all’inizio, sembrava solo un’ipotesi. Si tratta, infatti, di sequenze molto simili a quelle che codificano i capsidi virali, le strutture deputate a contenere il materiale genetico virale, che verrà poi passato alla cellula da infettare.

Cosa ancora più importante è che la proteina in questione non presenta solo una struttura simile al capside virale, ma ne conserva anche la funzione. Diverse copie di Arc, infatti, si assemblano in strutture cave al cui interno vengono incapsulati i frammenti di mRNA. Questi verranno, poi, liberati nello spazio sinaptico dopo che il neurone è stato attivato.

neuroni che esprimono materiale genetico trasportato dalla proteina Arc
Figura 3: Neuroni che stanno esprimendo materiale genetico trasportato dalla proteina Arc [Credits: Pastuzyn ED, et al.]

Storia evolutiva della proteina Arc

Una delle possibili cause di questo evento può essere spiegato tentando di ricostruire la storia evolutiva della proteina.
Sembra, infatti, che questa proteina sia derivata da un evento evolutivo casuale, probabilmente un’infezione virale, che ha interessato i mammiferi circa 350-400 milioni di anni fa. L’organismo in questione è un antenato degli oggi conosciuti retrovirus (di cui fa parte l’HIV) ma si trova anche nel nostro genoma in quei frammenti di DNA, noti con il nome di retrotrasposoni.

Non è tutto: lo stesso Sheperd ha individuato questo meccanismo anche nelle mosche, dove però si è originato in tempi più recenti, circa 150 milioni di anni fa e coinvolgendo una famiglia di retrotrasposoni differente.

Emanuela Pasculli

Fonti:

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