Cell:一种病毒残留基因编码的蛋白质在细胞间传递信息

日期: 2018年01月16日


    

导读:一种病毒残留基因编码的蛋白质利用它们的病毒样结构在细胞之间传递信息,对长期记忆形成等神经系统功能起重要作用。今天,赛业小编为您推荐“Cell:一种病毒残留基因编码的蛋白质在细胞间传递信息”,详情如下:


数亿年前,植物和动物的基因组中到处都是病毒DNA残骸。目前为止,人们通常认为这些整合到动植物基因组中的病毒残留物多数是不活动的,但是1月11日同期两篇《Cell》文章在果蝇和小鼠中证实其中一些可能进化成了促进细胞沟通的基因。


过去,人们从未发现任何非病毒蛋白也能编码衣壳,并在细胞之间传递mRNA。如今犹他大学神经科学家Jason Shepherd和麻省医学院细胞生物学家Vivian Budnik分别在小鼠和果蝇中都发现了这种隐秘现象。


研究人员发现,神经元释放出的许多胞外囊泡(extracellular vesicles)中都含有Arc基因。缺失Arc的基因工程小鼠长期记忆形成受阻,同时,一些人类神经系统疾病也与Arc基因有关。


当Shepherd和Budnik分析小鼠和果蝇的Arc基因序列时,发现它们与一种名为gag的病毒基因非常相似。HIV等逆转录病毒利用gag基因编码的Gag蛋白装配病毒的保护性外壳,在衣壳(capsids)的保护下,病毒才得以在细胞之间传递它的遗传物质。


高分辨率显微镜下的Arc蛋白构成的结构类似病毒衣壳,它们还携带编码Arc的信使RNA(mRNA)。这些衣壳被包裹在一小片细胞膜中,作为胞外囊泡释放出细胞。

  

SEM显微镜下的Arc蛋白结构
SEM显微镜下的Arc蛋白结构


Budnik课题组的果蝇研究发现,连结到肌肉细胞的运动神经元可以生产Arc囊泡。当囊泡到达肌肉细胞与之融合后,就会释放Arc蛋白和Arc mRNA,虽然这些物质对肌肉细胞有何具体功能还不得而知,但Budnik发现,缺乏Arc基因的果蝇的肌肉细胞和神经元之间的连结就会减少。

  

图片来源:参考文献1
(图片来源:参考文献1)


Shepherd课题组的小鼠研究现象与之类似,取自小鼠大脑的神经元可以吸收被其他神经元释放的胞外囊泡,一旦激活神经冲动,神经元就会以mRNA为模板生产Arc蛋白。

  

图片来源:参考文献2
(图片来源:参考文献2)


他们都认为,Arc通过参与细胞沟通或中断,影响动物对新环境的适应性和记忆形成。果蝇和小鼠的Arc版本虽然比较相似,但它们似乎起源于不同的两种逆转录病毒,两种病毒进入动物体内的时间也各不相同。


人们对生物体内囊泡功能的知识还非常匮乏,许多研究学者对这个新发现感到兴奋。“我们以前从未认识到这种物质,”致力于研究HIV与胞外囊泡研究的约翰霍普金斯大学的分子生物学家Kenneth Witwer说。


牛津大学研究胞外囊泡的生物学家Yvonne Couch说:“并不在于答案,这项研究实际上引发了更多问题,”她想知道究竟是什么物质刺激神经元生产胞外囊泡,是否还有其他物质参与细胞沟通。


Budnik和Shepherd计划继续研究Arc,但是他们也在寻找其他类似蛋白。人类基因组中大概有100个gag样基因,都能编码衣壳蛋白。它们的存在是否代表细胞之间仍然具有很多人类未知的沟通方式?


“我认为这只是个开始,”Shepherd说。


原文检索:


1. Retrovirus-like Gag Protein Arc1 Binds RNA and Traffics across Synaptic Boutons


2.The Neuronal Gene Arc Encodes a Repurposed Retrotransposon Gag Protein that Mediates Intercellular RNA Transfer


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