Dy ekipe të pavarura të shkencëtarëve nga Universiteti i Jutas dhe Shkolla Mjekësore e Universitetit të Masaçusets kanë zbuluar se një gjen i rëndësishëm për të mësuar, i quajtur Arc, mund të dërgojë materialin e tij gjenetik nga një neuron në tjetrin duke përdorur një strategji të përdorur zakonisht nga viruset. Studimet, të botuara në Cell, zbulojnë një mënyrë të re që bashkëveprojnë qelizat e sistemit nervor.
“Kjo punë është një shembull i shkëlqyeshëm i rëndësisë së hulumtimit themelor të neuroshkencës,” tha Edmund Talley, Ph.D., drejtor programi në Institutin Kombëtar të ordersrregullimeve Neurologjike dhe Goditjeve (NINDS), pjesë e Institutit Kombëtar të Shëndetësisë. “Ajo që filloi si një përpjekje për të ekzaminuar sjelljen e një gjeni të përfshirë në memorje dhe të implikuar në çrregullime neurologjike siç është sëmundja e Alzheimerit, ka çuar në mënyrë të papritur në zbulimin e një procesi krejtësisht të ri, të cilin neuronet mund ta përdorin për të dërguar informacion gjenetik tek njëri-tjetri.”
Ndërsa Arc është i njohur që luan një rol jetësor në aftësinë e trurit për të ruajtur informacione të reja, dihet pak për saktësisht se si funksionon. Përveç kësaj, studimet e mëparshme kishin ngjashmëri të hollësishme midis proteinës Arc dhe proteinave të gjetura në viruse të caktuara si HIV, por ishte e paqartë se si ato të përbashkëta ndikuan në sjelljen e proteinës Arc.
Studiuesit e Universitetit të Jutas filluan ekzaminimin e tyre për gjenin Arc duke e futur atë në qelizat bakteriale. Për habinë e tyre, kur qelizat bënë proteinën Arc, ajo u grumbullua së bashku në një formë që i ngjante një kapsidi viral, guaskës që përmban informacionin gjenetik të një virusi. “Kapidët” e Harkut iu dukën pasqyrë të kapsideve virale në strukturën e tyre fizike, si dhe në sjelljen e tyre dhe pronat e tjera.
“Më parë, sikur t’i kisha thënë ndonjë neuroshkencetari se ky lloj veprimesh si gjen, ata do të kishin qeshur me mua,” tha Jason Shepherd, Ph.D., profesor asistent në Universitetin e Utah në Salt Lake City City, Utah. “Ne e dinim se kjo do të na çonte në një drejtim krejtësisht të ri.”
Shkencëtarët e Universitetit të Masaçusets, të udhëhequr nga Vivian Budnik, Ph.D., profesor në Shkollën Mjekësore UMass, dhe Travis Thomson, Ph.D., një profesor ndihmës në institucion, u përpoqën të shqyrtojnë përmbajtjen e thasëve të vockla të lëshuara nga qelizat e quajtura vezikula jashtëqelizore. Eksperimentet e tyre në mizat e frutave zbuluan se neuronet motorike që kontrollojnë muskujt e mizave lëshojnë vezikula që përmbajnë një përqendrim të lartë të ARN-së të dërguarit të gjenit Arc (mRNA), qelizat e molekulave ndërmjetësuese të ngjashme me ADN-në që përdorin për të krijuar proteinën e koduar nga një sekuencë e ADN-së. Të dy grupet gjetën gjithashtu prova se kapsidat Arc përmbajnë ARN ARN dhe që kapsidet lëshohen nga neuronet brenda atyre vezikulave. Për më tepër, ekipi i Dr. Shepherd tregoi se sa më aktivë të jenë neuronet, aq më shumë nga ato vezikula lëshojnë.
Eksperimentet e mëtutjeshme të kryera nga të dy ekipet e studiuesve sugjeruan që kapsidat e Harkut veprojnë si viruse duke shpërndarë mRNA në qelizat e afërta. Dr. Shepherd dhe kolegët e tij u rritën neuronet e miut që i mungonin gjenit Arc në enët petri të mbushura me vezikula që përmbajnë Arc ose kapsula Arc. Ata zbuluan se më parë neuronet më pak Arcë morën vezikulat dhe kapsidet dhe përdorën ARN ARC që përmbahej për të prodhuar vetë proteinën Arc. Më në fund, ashtu si neuronet që prodhojnë natyrshëm proteinën Arc, ato qeliza bënë më shumë kur aktiviteti i tyre elektrik u rrit.
Studiuesit e UMass, ndërkohë, treguan se mRNA e harkut dhe kapsidet udhëtojnë vetëm në një drejtim të vetëm midis qelizave të mizave – nga neuronet motorike tek muskujt – dhe se proteina Arc lidhet në një pjesë specifike të molekulës Arc mRNA të quajtur Arc rajoni i pandryshuar që nuk është përdoret për të bërë proteinë Arc. Ata gjithashtu zbuluan se mizat që kanë mungesë të gjenit Arc, formojnë më pak lidhje midis neuroneve të tyre motorike. Për më tepër, ndërsa mizat normale krijojnë më shumë nga këto lidhje kur neuronet e tyre motorike janë më aktivë, mizat pa gjenin Arc nuk arritën ta bëjnë këtë.
Të dy grupet e shkencëtarëve tani planifikojnë të hetojnë pse qelizat përdorin këtë strategji të ngjashme me virusin për të mbyllur mRNA të harkut midis qelizave dhe nëse ky sistem mund të lejojë që proteinat toksike përgjegjëse për sëmundjen e Alzheimerit të përhapet përmes trurit. Dr Budnik shpreson që një hulumtim i tillë të hedhë dritë në zhvillimin e sëmundjeve neurologjike dhe potencialisht të çojë në terapi të reja.
Përveç kësaj, Dr. Shepherd beson se mund të jetë e mundur të përdoren kapside Arc për inxhinieri gjenetike dhe terapi gjenesh, të cilat aktualisht përdorin viruse për të futur udhëzime të reja gjenetike në qeliza. Sistemi imunitar i njeriut ndonjëherë sulmon ato viruse, duke shkaktuar efekte anësore të rrezikshme. Për shkak se proteina Arc është vendas në trupin e njeriut, klinikantët mund të jenë në gjendje të përdorin kapidë Arc për të ofruar gjenet për gjenet terapi pa shkaktuar një përgjigje imune.
“Ky hulumtim nënvizon faktin se ne shpesh nuk e dimë se nga do të vijnë zbulimet e lezetshme,” tha Dr. Shepherd. “Ne duhet të ndjekim atje ku shkenca na merr”.
Puna e Dr. Shepherd u mbështet nga NINDS (NS076364), Instituti Kombëtar i Shëndetit Mendor i NIH (MH112766) dhe Instituti Kombëtar i Shkencave të Përgjithshme të NIH-së (GM77582 dhe GM112972). Hulumtimi i Dr. Budnik dhe Dr. Thomson u mbështet nga Instituti Kombëtar i Shëndetit Mendor (MH070000).
