數億年前， 植物和動物的基因組中到處都是病毒DNA殘骸。 目前為止， 人們通常認為這些整合到動植物基因組中的病毒殘留物多數是不活動的， 但是1月11日同期兩篇《Cell》文章在果蠅和小鼠中證實其中一些可能進化成了促進細胞溝通的基因。
過去， 人們從未發現任何非病毒蛋白也能編碼衣殼， 並在細胞之間傳遞mRNA。 如今猶他大學神經科學家Jason Shepherd和麻省醫學院細胞生物學家Vivian Budnik分別在小鼠和果蠅中都發現了這種隱秘現象。
研究人員發現， 神經元釋放出的許多胞外囊泡（extracellular vesicles）中都含有Arc基因。 缺失Arc的基因工程小鼠長期記憶形成受阻，
當Shepherd和Budnik分析小鼠和果蠅的Arc基因序列時， 發現它們與一種名為gag的病毒基因非常相似。 HIV等逆轉錄病毒利用gag基因編碼的Gag蛋白裝配病毒的保護性外殼， 在衣殼（capsids）的保護下， 病毒才得以在細胞之間傳遞它的遺傳物質。
高解析度顯微鏡下的Arc蛋白構成的結構類似病毒衣殼， 它們還攜帶編碼Arc的信使RNA（mRNA）。 這些衣殼被包裹在一小片細胞膜中， 作為胞外囊泡釋放出細胞。
SEM顯微鏡下的Arc蛋白結構
Budnik課題組的果蠅研究發現， 連結到肌肉細胞的運動神經元可以生產Arc囊泡。 當囊泡到達肌肉細胞與之融合後， 就會釋放Arc蛋白和Arc mRNA， 雖然這些物質對肌肉細胞有何具體功能還不得而知， 但Budnik發現， 缺乏Arc基因的果蠅的肌肉細胞和神經元之間的連結就會減少。
Shepherd課題組的小鼠研究現象與之類似， 取自小鼠大腦的神經元可以吸收被其他神經元釋放的胞外囊泡， 一旦啟動神經衝動， 神經元就會以mRNA為範本生產Arc蛋白。
他們都認為， Arc通過參與細胞溝通或中斷， 影響動物對新環境的適應性和記憶形成。 果蠅和小鼠的Arc版本雖然比較相似， 但它們似乎起源於不同的兩種逆轉錄病毒， 兩種病毒進入動物體內的時間也各不相同。
人們對生物體內囊泡功能的知識還非常匱乏， 許多研究學者對這個新發現感到興奮。 “我們以前從未認識到這種物質， ”致力於研究HIV與胞外囊泡研究的約翰霍普金斯大學的分子生物學家Kenneth Witwer說。
牛津大學研究胞外囊泡的生物學家Yvonne Couch說：“並不在於答案， 這項研究實際上引發了更多問題， ”她想知道究竟是什麼物質刺激神經元生產胞外囊泡，
Budnik和Shepherd計畫繼續研究Arc， 但是他們也在尋找其他類似蛋白。 人類基因組中大概有100個gag樣基因， 都能編碼衣殼蛋白。 它們的存在是否代表細胞之間仍然具有很多人類未知的溝通方式？
“我認為這只是個開始， ”Shepherd說。
原文檢索：
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