來(lái)自猶他大學(xué)和馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院的兩個(gè)獨(dú)立科學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，一種叫做Arc的學(xué)習(xí)基因可以通過(guò)采用病毒常用的策略將其遺傳物質(zhì)從一個(gè)神經(jīng)元傳遞到另一個(gè)神經(jīng)元。這些研究均發(fā)表在Cell上，揭示了神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞相互作用的新方式。

“這項(xiàng)工作是基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)研究重要性的一個(gè)很好的例子，”美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院國(guó)家神經(jīng)疾病和中風(fēng)研究所(NINDS)項(xiàng)目主任Edmund Talley博士說(shuō)。“最初是為了檢查記憶中涉及的基因的行為以及與阿爾茨海默病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病有關(guān)的行為，這出乎意料地導(dǎo)致了一種全新過(guò)程的發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元可能會(huì)利用這種過(guò)程將遺傳信息傳遞給彼此。”

雖然眾所周知，Arc在大腦存儲(chǔ)新信息的能力中起著至關(guān)重要的作用，但對(duì)它的確切運(yùn)作方式知之甚少。此外，之前的研究在Arc蛋白和某些病毒如HIV中發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)之間有詳細(xì)的相似性，但尚不清楚這些共性如何影響Arc蛋白的行為。

猶他大學(xué)的研究人員開(kāi)始通過(guò)將其引入細(xì)菌細(xì)胞來(lái)檢查Arc基因。令他們驚訝的是，當(dāng)細(xì)胞產(chǎn)生Arc蛋白時(shí)，它會(huì)聚集成一種類(lèi)似病毒衣殼的形式，這種殼含有病毒的遺傳信息。Arc“衣殼”似乎反映了病毒衣殼的物理結(jié)構(gòu)以及它們的行為和其他性質(zhì)。

“事先，如果我曾向任何一位神經(jīng)科學(xué)家說(shuō)過(guò)，這種基因就像一種病毒一樣，他們會(huì)嘲笑我，”鹽湖城猶他大學(xué)助理教授Jason Shepherd博士說(shuō)。猶他州。“我們知道這將把我們帶入一個(gè)全新的方向。”

由麻省大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授Vivian Budnik博士和該機(jī)構(gòu)助理教授Travis Thomson博士領(lǐng)導(dǎo)的馬薩諸塞大學(xué)科學(xué)家們開(kāi)始仔細(xì)研究由他們發(fā)布的小麻袋的內(nèi)容。細(xì)胞稱(chēng)為細(xì)胞外囊泡。他們?cè)诠壷械膶?shí)驗(yàn)表明，控制蒼蠅肌肉的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元釋放出含有高濃度Arc基因信使RNA(mRNA)的囊泡，DNA樣中間分子細(xì)胞用于產(chǎn)生由DNA序列編碼的蛋白質(zhì)。兩組還發(fā)現(xiàn)了Arc衣殼含有Arc mRNA并且衣殼從這些囊泡內(nèi)的神經(jīng)元釋放的證據(jù)。此外，謝潑德博士的研究小組表明，神經(jīng)元越活躍，它們釋放的囊泡就越多。

兩組研究人員進(jìn)行的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，Arc衣殼通過(guò)將mRNA傳遞給附近的細(xì)胞而起到病毒的作用。Shepherd博士及其同事在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)了缺乏Arc基因的小鼠神經(jīng)元，所述培養(yǎng)皿中僅含有含弧的囊泡或弧形衣殼。他們發(fā)現(xiàn)以前的無(wú)弧神經(jīng)元吸收了囊泡和衣殼，并利用其中包含的Arc mRNA自身產(chǎn)生Arc蛋白。最后，就像自然產(chǎn)生Arc蛋白的神經(jīng)元一樣，當(dāng)它們的電活動(dòng)增加時(shí)，這些細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生更多。

與此同時(shí)，麻省大學(xué)的研究人員表明，Arc mRNA和衣殼在飛行細(xì)胞之間僅從單一方向傳播 - 從運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元到肌肉 - 并且Arc蛋白與Arc mRNA分子的特定部分結(jié)合，稱(chēng)為非翻譯區(qū)域。用來(lái)制作弧蛋白。他們還發(fā)現(xiàn)，缺乏Arc基因的果蠅在其運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元之間形成較少的連接。此外，當(dāng)正常果蠅在其運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元更活躍時(shí)產(chǎn)生更多這些連接時(shí)，沒(méi)有Arc基因的果蠅未能這樣做。

兩組科學(xué)家現(xiàn)在都計(jì)劃研究為什么細(xì)胞使用這種類(lèi)似病毒的策略在細(xì)胞之間穿梭Arc mRNA，以及這種系統(tǒng)是否可能讓負(fù)責(zé)阿爾茨海默病的毒性蛋白質(zhì)通過(guò)大腦傳播。Budnik博士希望此類(lèi)研究能夠揭示神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)展并可能導(dǎo)致新的治療方法。

此外，Shepherd博士認(rèn)為，有可能將Arc衣殼用于基因工程和基因治療，目前使用病毒將新的遺傳指令引入細(xì)胞。人體免疫系統(tǒng)有時(shí)會(huì)攻擊這些病毒，造成危險(xiǎn)的副作用。由于Arc蛋白是人體原生的，因此臨床醫(yī)生可以使用Arc衣殼來(lái)傳遞基因治療基因，而不會(huì)引發(fā)免疫反應(yīng)。

“這項(xiàng)研究突出了這樣一個(gè)事實(shí)，即我們經(jīng)常不知道這些很酷的發(fā)現(xiàn)將來(lái)自哪里，”Shepherd博士說(shuō)。“我們需要遵循科學(xué)帶給我們的地方。”