Arc, une protéine ressemblant à un virus est importante pour la mémoire et la cognition

Les chercheurs suggèrent qu’une protéine appelée Arc est importante pour la cognition et la mémoire. Cette protéine a la particularité de ressembler et de se comporter comme un virus quand celui-ci infecte un hôte.


Les chercheurs suggèrent qu'une protéine appelée Arc est importante pour la cognition et la mémoire. Cette protéine a la particularité de ressembler et de se comporter comme un virus quand celui-ci infecte un hôte.
Cette image montre des neurones qui ont pris la protéine Arc et qui montrent le matériel génétique stocké dans la protéine - Crédit : Elissa Pastuzyn

Une protéine, impliquée dans la cognition et stockant des souvenirs à long terme, ressemble et fonctionne comme une protéine de virus. La protéine, appelée Arc, possède des propriétés similaires à celles que les virus utilisent pour infecter les cellules hôtes et provient d’un événement évolutionnaire accidentel qui s’est produit il y a des centaines de millions d’années.

La protéine Arc

Selon Jason Shepherd, pH. D., neuroscientifique à l’Université de Toronto, la possibilité que des protéines de type viral puissent constituer la base d’une nouvelle forme de communication cellulaire dans le cerveau pourrait modifier notre compréhension sur la création des souvenirs. Shepherd a d’abord soupçonné quelque chose de différent chez Arc quand ses collègues ont capturé une image de la protéine montrant qu’Arc se rassemblait en grandes structures. Avec une forme qui ressemble à une capsule d’un atterrisseur lunaire, ces structures ressemblaient au rétrovirus du VIH. La recherche a été publiée dans la revue Cell.

À l’époque, nous ne savions pas grand-chose sur la fonction moléculaire ou l’histoire évolutive de l’Arc selon Shepherd qui a étudié la protéine pendant 15 ans. Pour être honnête, j’avais presque perdu mon intérêt pour la protéine, mais après avoir vu les capsides, nous savions que nous étions sur quelque chose d’intéressant.

L’écart dans la recherche n’était pas faute d’un sujet intéressant. Des travaux antérieurs avaient montré que les souris dépourvues d’Arc oubliaient des choses qu’elles avaient apprises 24 heures plus tôt. De plus, leur cerveau manquait de plasticité. Il y a une fenêtre de temps au début de la vie où le cerveau est comme une éponge en absorbant facilement de nouvelles connaissances et compétences. Sans Arc, la fenêtre ne s’ouvre jamais. Les scientifiques n’avaient jamais considéré que les mécanismes responsables de l’acquisition de connaissances pouvaient provenir d’origines étrangères.

Rien de nouveau sous le soleil

En observant la propension inhabituelle d’Arc à former des structures ressemblant à des virus, Shepherd a scruté la séquence protéique avec un regard nouveau. Il a découvert que les régions du code étaient similaires à celles des capsides virales. En étant un outil essentiel pour l’infection virale, les capsides transportent l’information génétique du virus et la transmettent d’une cellule à l’autre dans sa victime.

Les chercheurs suggèrent qu'une protéine appelée Arc est importante pour la cognition et la mémoire. Cette protéine a la particularité de ressembler et de se comporter comme un virus quand celui-ci infecte un hôte.

Crédit : Chris Manfre

Étant donné que l’Arc ressemble à une protéine virale, Shepherd et ses collègues ont conçu un ensemble d’expériences pour tester si elle a le même fonctionnement. Ils ont d’abord déterminé que plusieurs copies d’Arc s’auto-assemblent en capsides creuses semblables à des virus et stockent leur propre matériel génétique, de l’ARNm dans ce cas précis. Quand les scientifiques ont ajouté les capsides à des cellules cérébrales (neurones) de souris dans une boite de pétri, Arc a transféré son matériel génétique dans les cellules.

Une fois que les virus envahissent les cellules hôtes, ils sont déjà prêts à infecter de nouveau. Il semble qu’Arc fonctionne de la même manière. Les scientifiques ont rassemblé Arc qui avait été libéré des neurones de souris et ils ont déterminé que les protéines et leur matériel pourraient être absorbés par un autre ensemble de neurones. Contrairement aux virus, les neurones activateurs mobilisent l’Arc ce qui déclenche la libération de capsides.

Nous sommes allés dans cette voie de recherche en sachant qu’Arc était spécial sur bien des aspects, mais quand nous avons découvert qu’Arc pouvait assurer la médiation du transport cellulaire de l’ARN, alors nous étions vraiment excités selon l’auteure principale de l’étude, Elissa Pastuzyn, pH. D. On ne connait aucune autre protéine non virale qui agit de cette manière.

Quand la foudre frappe deux fois

L’histoire de l’origine de l’Arc est décrite dans les génomes des animaux tout au long de l’évolution. Il y a 350 à 400 millions d’années, une occurrence aléatoire a frappé des créatures à quatre membres qui parcouraient la terre. Un ancêtre des rétrovirus, appelé rétrotransposons, a inséré son matériel génétique dans l’ADN des animaux. L’événement a conduit à l’Arc des mammifères que nous connaissons aujourd’hui.

La signification d’un tel événement est suggérée par le fait que c’est arrivé plus d’une fois. Un autre papier dans Cell montre qu’une version d’Arc découverte dans les mouches ressemble et agit également comme une capside virale. Le laboratoire de Vivian Budnik à l’Université du Massachusetts montre que l’Arc de la mouche transporte l’ARN des neurones vers les muscles pour contrôler le mouvement. Même si les Arcs de mammifères et des mouches ont évolué à partir de la même classe de rétrotransposons, l’événement chez les mouches s’est produit environ 150 millions d’années plus tard.

En tant que biologiste de l’évolution, c’est ce qui m’excite le plus selon le co-auteur Cédric Feschotte, Ph. D. un professeur à l’Université Cornell. Le fait que cela s’est produit au moins deux fois suggère qu’il y a eu d’autres occurrences similaires. Shepherd estime que cela implique qu’il est avantageux d’avoir ce système d’inspiration virale en place et il peut représenter une nouvelle forme de communication intercellulaire. Cette hypothèse reste à tester chez les mammifères.

Source : Cell (http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.12.024)

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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