ადამიანის მეხსიერების ევოლუციური საიდუმლო: მეცნიერებმა ადამიანის დნმ-ში იპოვეს ვირუსი, რომლის გარეშეც აზროვნება შეუძლებელია

ადამიანის მეხსიერების ევოლუციური საიდუმლო: როგორ იყენებს ტვინი უძველესი ვირუსების მსგავს მექანიზმს ინფორმაციის გადასაცემად?

ადამიანის ტვინის მეხსიერების, სწავლისა და ნეირონებს შორის კავშირის ჩამოყალიბება ერთ-ერთი ყველაზე რთული ბიოლოგიური პროცესია. თანამედროვე ნეირობიოლოგიური კვლევები აჩვენებს, რომ ამ პროცესებში მონაწილეობს უჩვეულო წარმოშობის გენეტიკური მექანიზმებიც, რომელთა ევოლუციური ისტორია დაკავშირებულია უძველეს მოძრავ გენეტიკურ ელემენტებთან და ვირუსების მსგავს სტრუქტურებთან.

ერთ-ერთი ასეთი გენი არის Arc, რომელიც ნეირონების ფუნქციონირებაში მნიშვნელოვან როლს ასრულებს. მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ მის მიერ წარმოქმნილ ცილას შეუძლია ვირუსული კაფსიდების მსგავსი სტრუქტურების შექმნა და რნმ-ის შემცველი ნაწილაკების უჯრედებს შორის გადატანა. ეს აღმოჩენა ახალ წარმოდგენას გვიქმნის იმის შესახებ, თუ როგორ ურთიერთქმედებენ ნერვული უჯრედები და როგორ მონაწილეობენ გენეტიკური მექანიზმები მეხსიერების ჩამოყალიბებაში.

თუმცა მნიშვნელოვანია ერთი სამეცნიერო განსხვავების დაცვა: კვლევა არ ადასტურებს, რომ ადამიანის ცნობიერება უშუალოდ ვირუსმა შექმნა ან რომ მეხსიერების მთელი მექანიზმი მხოლოდ ამ გენზეა დამოკიდებული. ის აჩვენებს, რომ ევოლუციის პროცესში უძველესი გენეტიკური ელემენტების გარკვეული თვისებები ორგანიზმის სასარგებლოდ იქნა გამოყენებული.

პრობლემის აღწერა

ადამიანის გენომი შეიცავს არა მხოლოდ იმ გენებს, რომლებიც ცილების წარმოქმნასა და ორგანიზმის ძირითად ფუნქციებს მართავენ, არამედ გენეტიკური მასალის დიდ რაოდენობასაც, რომლის დანიშნულებაც თავდაპირველად გაურკვეველი იყო.

ადამიანის გენომის დაახლოებით 8–10 პროცენტი ენდოგენური რეტროვირუსებისგან მიღებული თანმიმდევრობებისგან შედგება. ეს გენეტიკური ფრაგმენტები უძველესი რეტროვირუსული ინფექციების შედეგად ჩვენი წინაპრების გენომში მოხვდა და თაობიდან თაობას გადაეცემოდა. დროთა განმავლობაში მათი უმრავლესობა გამრავლების უნარს კარგავდა, თუმცა ზოგიერთი მათგანის ცალკეული ნაწილი ევოლუციის პროცესში ორგანიზმისთვის სასარგებლო ფუნქციების შესასრულებლად იქნა გამოყენებული. [1]

ამ აღმოჩენებმა შეცვალა გენომის შესახებ არსებული წარმოდგენები. ადრე არამაკოდირებელი გენეტიკური მასალის მნიშვნელოვანი ნაწილი პირობითად „ნაგავ დნმ-ად“ მიიჩნეოდა. დღეს ცნობილია, რომ გენომის არამაკოდირებელი უბნების ნაწილი მონაწილეობს გენების აქტივობის რეგულირებაში, ქრომოსომების ორგანიზებასა და უჯრედულ პროცესებში.

ამ კონტექსტში განსაკუთრებულ ინტერესს იწვევს Arc გენი — გენეტიკური ელემენტი, რომელიც ნერვული სისტემის განვითარებასა და ფუნქციონირებაში მონაწილეობს.

2018 წელს სამეცნიერო ჟურნალ „Cell“-ში გამოქვეყნებულმა კვლევამ აჩვენა, რომ Arc-ის მიერ წარმოქმნილ ცილას შეუძლია ვირუსული კაფსიდის მსგავსი სტრუქტურების შექმნა. ეს სტრუქტურები რნმ-ს შეიცავს და გარკვეულ პირობებში უზრუნველყოფს მის გადატანას ერთი უჯრედიდან მეორეში. [2]

ეს აღმოჩენა მნიშვნელოვანია, რადგან მეხსიერების ჩამოყალიბების პროცესში აქამდე ნაკლებად შესწავლილი უჯრედშორისი კომუნიკაციის შესაძლო მექანიზმი გამოავლინა.

სამეცნიერო და კლინიკური ანალიზი

რა არის Arc გენი და რატომ არის ის მნიშვნელოვანი ტვინისთვის?

Arc არის გენი, რომლის სრული სახელწოდებაა Activity-Regulated Cytoskeleton-Associated Protein. ის აქტიურდება ნეირონებში მათი ელექტრული და ქიმიური აქტივობის საპასუხოდ.

მისი ძირითადი ფუნქცია დაკავშირებულია სინაფსურ პლასტიკურობასთან — ნერვულ უჯრედებს შორის კავშირების ცვლილების უნართან.

სინაფსი არის ადგილი, სადაც ერთი ნეირონი მეორე ნეირონს სიგნალს გადასცემს. როდესაც ადამიანი სწავლობს, იმახსოვრებს ინფორმაციას ან იძენს ახალ გამოცდილებას, ტვინში გარკვეული სინაფსური კავშირები ძლიერდება, სუსტდება ან იცვლება.

ამ პროცესს სინაფსური პლასტიკურობა ეწოდება და ის სწავლისა და მეხსიერების ერთ-ერთი ძირითადი ბიოლოგიური საფუძველია.

Arc-ის ცილა მონაწილეობს ამ ცვლილებების რეგულირებაში. კერძოდ, ის გავლენას ახდენს უჯრედის შიგნით არსებულ ციტოჩონჩხზე, გლუტამატურ რეცეპტორებზე და ნერვულ უჯრედებს შორის სიგნალების გადაცემის ეფექტიანობაზე.

Arc-ის აქტივობა განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ხანგრძლივი მეხსიერების კონსოლიდაციისთვის — პროცესისთვის, რომლის დროსაც ახლად მიღებული ინფორმაცია შედარებით მდგრად მეხსიერებით კვალად გარდაიქმნება. [2,3]

როგორ აღმოაჩინეს Arc-ის ვირუსის მსგავსი თვისებები?

2018 წლის კვლევაში იუტას უნივერსიტეტისა და სხვა სამეცნიერო დაწესებულებების მკვლევრებმა შეისწავლეს Arc ცილის მოლეკულური აგებულება.

მათ აღმოაჩინეს, რომ ცილის მოლეკულები ერთმანეთთან ერთიანდება და ქმნის კაფსიდის მსგავს სტრუქტურებს. კაფსიდი არის ცილოვანი გარსი, რომელიც ვირუსებში გენეტიკურ მასალას იცავს.

მკვლევრებმა დაადგინეს, რომ Arc-ის ცილოვან ნაწილაკებს შეუძლიათ რნმ-ის მოლეკულების მოთავსება საკუთარ სტრუქტურაში.

ექსპერიმენტებში გამოვლინდა შემდეგი პროცესები:

ნეირონის აქტივობის საპასუხოდ იზრდება Arc გენის გამოხატვა.

უჯრედში წარმოიქმნება Arc-ის ცილა.

Arc-ის ცილები ერთიანდება და ქმნის ვირუსის კაფსიდის მსგავს ნაწილაკებს.

ეს ნაწილაკები რნმ-ის შემცველ უჯრედგარე ბუშტუკებში შეიძლება მოთავსდეს.

ბუშტუკები შეიძლება სხვა უჯრედებმა შეითვისონ.

გადატანილი რნმ მიმღებ უჯრედში ბიოლოგიურად აქტიური აღმოჩნდეს. [2]

ეს პროცესი გარკვეულწილად ჰგავს ვირუსების მიერ გენეტიკური მასალის გადატანას, თუმცა მნიშვნელოვანი განსხვავება არსებობს: Arc არ არის ინფექციური ვირუსი და მისი უჯრედშორისი გადატანა დაავადების გამომწვევ ინფექციას არ ნიშნავს.

როგორ უკავშირდება ეს მეხსიერების ჩამოყალიბებას?

მეხსიერება მხოლოდ ერთი ნეირონის შიგნით მიმდინარე პროცესი არ არის. მისი ჩამოყალიბება მოითხოვს მრავალი ნერვული უჯრედის კოორდინირებულ მოქმედებას.

ნეირონები ერთმანეთთან ინფორმაციას ძირითადად ელექტრული იმპულსებისა და ქიმიური მედიატორების საშუალებით ცვლიან. ამასთან, ნერვულ სისტემაში არსებობს დამატებითი მექანიზმებიც, რომლებიც უჯრედებს შორის მოლეკულების გადატანას უზრუნველყოფს.

Arc-ის აღმოჩენილი თვისება სწორედ ამ დამატებით მექანიზმებს უკავშირდება.

მკვლევრების მიერ ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ Arc-ის შემცველ უჯრედგარე ბუშტუკებს შეუძლიათ რნმ-ის გადატანა ნერვულ უჯრედებში. მიმღებ უჯრედებში გადატანილი რნმ-ის გამოყენება ცილის წარმოქმნისთვის შესაძლებელია. [2]

ეს ნიშნავს, რომ ნეირონებს შორის კომუნიკაცია მხოლოდ ელექტრულ და ქიმიურ სიგნალებს არ ეფუძნება. გარკვეულ პირობებში უჯრედები ერთმანეთს გენეტიკურ ინფორმაციასაც უზიარებენ.

თუმცა აუცილებელია სიფრთხილე: 2018 წლის კვლევამ აჩვენა Arc-ზე დამოკიდებული რნმ-ის გადატანის მოლეკულური შესაძლებლობა, მაგრამ არ დაუდგენია, რომ ადამიანის კონკრეტული მოგონება ამ გზით პირდაპირ ერთი ნეირონიდან მეორეში გადაიცემა.

რა აჩვენა თაგვებზე ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა?

Arc-ის მნიშვნელობა მეხსიერებისთვის მხოლოდ მისი სტრუქტურით არ შემოიფარგლება.

ცალკეულ ექსპერიმენტებში, რომლებშიც თაგვებში Arc გენის ფუნქცია გამორთეს, გამოვლინდა ხანგრძლივი მეხსიერებისა და სინაფსური პლასტიკურობის დარღვევები.

ცხოველებს შეეძლოთ ინფორმაციის მიღება და გარკვეული მოკლევადიანი რეაქციების გამოვლენა, თუმცა ახალი ინფორმაციის ხანგრძლივად შენარჩუნება უჭირდათ. [3]

ეს შედეგი მიუთითებს, რომ Arc აუცილებელია მეხსიერების ზოგიერთი ფორმის ნორმალური კონსოლიდაციისთვის.

ამასთან, არასწორი იქნებოდა მტკიცება, რომ Arc გენის გათიშვის შემდეგ ცხოველები მეხსიერებას მთლიანად კარგავენ. მეხსიერება მრავალგენიანი და მრავალსაფეხურიანი პროცესია, რომელშიც მონაწილეობს სხვადასხვა ცილა, რეცეპტორი, ნეირონული ქსელი და ტვინის უბანი.

როგორ იქცა უძველესი გენეტიკური ელემენტი სასარგებლო მექანიზმად?

Arc-ის წარმოშობის შესახებ კვლევებმა აჩვენა, რომ ის დაკავშირებულია Ty3/gypsy ჯგუფის რეტროტრანსპოზონებთან.

რეტროტრანსპოზონები გენეტიკური ელემენტებია, რომლებსაც შეუძლიათ საკუთარი ასლების შექმნა და გენომში სხვა ადგილას ჩასმა. ზოგიერთი მათგანი ვირუსებთან საერთო ევოლუციურ წარმომავლობას იზიარებს.

მათში არსებული Gag-ის მსგავსი ცილოვანი უბნები მონაწილეობს კაფსიდის წარმოქმნაში და გენეტიკური მასალის შეფუთვაში.

მკვლევრების ევოლუციურმა ანალიზმა აჩვენა, რომ ძუძუმწოვრების Arc გენი უძველესი რეტროტრანსპოზონისგან წარმოიშვა და დროთა განმავლობაში მასპინძელი ორგანიზმის ფუნქციურ გენად გარდაიქმნა. [2,4]

ამ პროცესს ევოლუციური „მოშინაურება“ ეწოდება. ორგანიზმი გენეტიკური ელემენტის გარკვეულ თვისებებს ინარჩუნებს, მაგრამ მათ ახალ, სასარგებლო ფუნქციას ანიჭებს.

საინტერესოა, რომ ბუზებში აღმოჩენილი Arc-ის მსგავსი გენებიც რეტროტრანსპოზონებისგან დამოუკიდებლად ჩამოყალიბდა და უჯრედშორის რნმ-გადატანაში მონაწილეობს. ეს ევოლუციური კონვერგენციის მაგალითია — როდესაც სხვადასხვა ორგანიზმში მსგავსი ბიოლოგიური ფუნქციები დამოუკიდებლად ვითარდება. [4]

ამგვარად, ვირუსებისა და რეტროტრანსპოზონების მსგავსი გენეტიკური ელემენტები მხოლოდ გენომის პასიური ნარჩენები არ არის. ევოლუციის პროცესში მათგან შეიძლება წარმოიშვას ორგანიზმისთვის მნიშვნელოვანი ფუნქციური მექანიზმები.

სტატისტიკა და მტკიცებულებები

Arc-ის შესახებ აღმოჩენების მნიშვნელობის გასაგებად საჭიროა რამდენიმე მნიშვნელოვანი მონაცემისა და სამეცნიერო ფაქტის განხილვა.

ადამიანის გენომის 8–10 პროცენტი ენდოგენური რეტროვირუსების კვალს შეიცავს.

ეს თანმიმდევრობები ჩვენი წინაპრების გენომში უძველესი რეტროვირუსული ინფექციების შედეგად მოხვდა. ისინი თაობიდან თაობას გადაეცემოდა და ადამიანის ევოლუციური ისტორიის ნაწილი გახდა. [1]

თუმცა ეს არ ნიშნავს, რომ ადამიანის გენომის 8–10 პროცენტი დღეს აქტიური ვირუსებისგან შედგება. ამ თანმიმდევრობების უმრავლესობა დაზიანებული ან ფუნქციურად არააქტიურია.

Arc-ის ცილას ვირუსის მსგავსი კაფსიდის წარმოქმნა შეუძლია.

2018 წლის კვლევაში მკვლევრებმა ელექტრონული მიკროსკოპიისა და მოლეკულური ბიოლოგიის მეთოდებით აჩვენეს, რომ Arc-ის ცილა თვითორგანიზდება კაფსიდის მსგავს სტრუქტურებად და რნმ-ს შეიცავს. [2]

Arc-ის მექანიზმი სხვადასხვა ორგანიზმში გვხვდება.

ძუძუმწოვრებისა და ბუზების Arc-ის მსგავსი გენები დამოუკიდებლად წარმოიშვა სხვადასხვა რეტროტრანსპოზონული წინაპრისგან. მიუხედავად განსხვავებული ევოლუციური წარმოშობისა, ორივე შემთხვევაში გამოვლინდა უჯრედშორისი გენეტიკური ინფორმაციის გადატანის უნარი. [4]

Arc აუცილებელია ხანგრძლივი მეხსიერების ზოგიერთი ფორმისთვის.

ცხოველებზე ჩატარებული კვლევები ადასტურებს, რომ ამ გენის ფუნქციის დარღვევა გავლენას ახდენს სინაფსურ პლასტიკურობასა და მეხსიერების კონსოლიდაციაზე. [2,3]

მნიშვნელოვანია, რომ ეს შედეგები ძირითადად უჯრედულ და ცხოველურ მოდელებშია მიღებული. ადამიანებში Arc-ის კონკრეტული უჯრედშორისი მექანიზმის როლი მეხსიერების ჩამოყალიბებაში ჯერ კიდევ დამატებით შესწავლას საჭიროებს.

საერთაშორისო გამოცდილება

Arc-ის აღმოჩენამ რამდენიმე სამეცნიერო მიმართულების დაახლოებას შეუწყო ხელი. მათ შორისაა ნეირობიოლოგია, გენეტიკა, ვირუსოლოგია და ევოლუციური ბიოლოგია.

იუტას უნივერსიტეტის მკვლევრების მიერ ჩატარებული 2018 წლის კვლევა, რომელიც ჟურნალ „Cell“-ში გამოქვეყნდა, ამ მიმართულებით ერთ-ერთ მნიშვნელოვან ნაშრომად ითვლება. მასში წარმოდგენილი იყო მტკიცებულებები, რომ ნეირონული გენი ინარჩუნებს უძველესი რეტროტრანსპოზონების ზოგიერთი ცილის თვისებას. [2]

2021 წელს ჟურნალ „Trends in Neurosciences“-ში გამოქვეყნებულმა მიმოხილვამ ამ აღმოჩენის მნიშვნელობა უფრო ფართო კონტექსტში განიხილა. ავტორებმა ყურადღება გაამახვილეს იმაზე, რომ ვირუსებისა და მოძრავი გენეტიკური ელემენტებისგან წარმოშობილი ცილები შეიძლება მონაწილეობდეს ნერვულ სისტემაში უჯრედშორის კომუნიკაციაში. [4]

ამ მიმართულებით კვლევის რამდენიმე მნიშვნელოვანი პერსპექტივა არსებობს.

1. მეხსიერების მოლეკულური მექანიზმების უკეთ შესწავლა

Arc-ის მოქმედების შესწავლა მეცნიერებს დაეხმარება გაიგონ, როგორ იცვლება სინაფსური კავშირები და როგორ ინარჩუნებს ტვინი ახალ ინფორმაციას.

2. ნეიროდეგენერაციული დაავადებების კვლევა

ალცჰაიმერისა და სხვა ნეიროდეგენერაციული დაავადებების დროს ირღვევა ნეირონებს შორის კავშირები და უჯრედული კომუნიკაცია. Arc-ის ფუნქციის შესწავლა შეიძლება სასარგებლო აღმოჩნდეს ამ პროცესების მოლეკულური მექანიზმების გასაგებად.

თუმცა ამ ეტაპზე არ არსებობს საკმარისი კლინიკური მტკიცებულება, რომ Arc-ის გააქტიურება ან მისი ცილის გამოყენება ალცჰაიმერის დაავადების მკურნალობის ეფექტიანი მეთოდია.

3. გენეტიკური მასალის უჯრედშორისი გადატანის შესწავლა

Arc-ის მსგავსი კაფსიდების მექანიზმები მკვლევრებს აძლევს საფუძველს შეისწავლონ, შესაძლებელია თუ არა ორგანიზმის ბუნებრივი ცილოვანი სისტემების გამოყენება გენეტიკური მასალის უჯრედებში გადასატანად.

ეს მიმართულება განსაკუთრებით საინტერესოა გენური თერაპიის განვითარებისთვის. თუმცა სამეცნიერო პერსპექტივა ჯერ არ ნიშნავს, რომ ასეთი მეთოდი უკვე უსაფრთხო და ეფექტიან სამკურნალო ტექნოლოგიად არის ქცეული.

საქართველოს კონტექსტი

Arc-ის კვლევა საქართველოსთვის მნიშვნელოვანია თანამედროვე ბიოსამედიცინო მეცნიერების განვითარების, სამეცნიერო განათლებისა და ნეიროლოგიური დაავადებების კვლევის პერსპექტივიდან.

მეხსიერების მოლეკულური საფუძვლების შესწავლა განსაკუთრებით აქტუალურია მოსახლეობის დაბერების ფონზე, როდესაც იზრდება კოგნიტიური დარღვევებისა და ნეიროდეგენერაციული დაავადებების საზოგადოებრივი ჯანმრთელობის მნიშვნელობა.

საქართველოში ამ მიმართულებით მნიშვნელოვანია რამდენიმე სფეროს განვითარება:

ნეირომეცნიერების კვლევითი შესაძლებლობების გაძლიერება;

მოლეკულური გენეტიკისა და უჯრედული ბიოლოგიის თანამედროვე მეთოდების დანერგვა;

უნივერსიტეტებსა და სამედიცინო დაწესებულებებს შორის თანამშრომლობა;

ნეიროდეგენერაციული დაავადებების ადრეული გამოვლენის გაუმჯობესება;

საერთაშორისო სამეცნიერო კვლევებში ქართველი სპეციალისტების მონაწილეობა.

ამასთან, მნიშვნელოვანია, რომ მოსახლეობას მიეწოდოს მეცნიერულად ზუსტი ინფორმაცია ტვინის ფუნქციონირებისა და მეხსიერების შესახებ.

ახალი აღმოჩენების პოპულარიზაციისას განსაკუთრებული ყურადღება უნდა დაეთმოს განსხვავებას ექსპერიმენტულ შედეგებსა და უკვე დადასტურებულ სამკურნალო მეთოდებს შორის.

აკადემიური თანამშრომლობისა და მტკიცებულებებზე დაფუძნებული სამედიცინო ინფორმაციის გავრცელებაში მნიშვნელოვანი როლი შეიძლება შეასრულოს საქართველოს სამედიცინო ჟურნალმა, ხოლო კვლევითი და პროფესიული ხარისხის საკითხები უკავშირდება სერტიფიკაციისა და სტანდარტების მიმართულებას.

საზოგადოებრივი ჯანმრთელობის თვალსაზრისით, ნეირომეცნიერების განვითარება უნდა ემყარებოდეს კვლევით ინფრასტრუქტურას, პროფესიული განათლების ხარისხსა და სამეცნიერო ცოდნის ხელმისაწვდომობას. ამ საკითხების ფართო განხილვისთვის მნიშვნელოვანია საზოგადოებრივი ჯანმრთელობის სფეროში აკადემიური და საგანმანათლებლო თანამშრომლობაც.

მითები და რეალობა

მითი 1: ადამიანის ტვინს ვირუსი მართავს.

რეალობა: Arc გენი არ არის ადამიანის ორგანიზმში არსებული აქტიური ინფექციური ვირუსი. ის ევოლუციის პროცესში უძველესი რეტროტრანსპოზონისგან წარმოშობილი მასპინძლის გენია, რომლის ცილამ ვირუსის მსგავსი თვისებები შეინარჩუნა.

მითი 2: ადამიანის მეხსიერება მთლიანად Arc გენზეა დამოკიდებული.

რეალობა: Arc მნიშვნელოვან როლს ასრულებს სინაფსურ პლასტიკურობასა და ხანგრძლივი მეხსიერების კონსოლიდაციაში, მაგრამ მეხსიერება მრავალი გენის, ცილისა და ნერვული ქსელის ერთობლივი მოქმედების შედეგია.

მითი 3: ვირუსებმა 400 მილიონი წლის წინ ადამიანის ცნობიერება შექმნეს.

რეალობა: Arc-ის ევოლუციური წარმოშობა დაკავშირებულია უძველეს რეტროტრანსპოზონებთან, მაგრამ არსებული კვლევა არ ადასტურებს კონკრეტულ 400-მილიონწლიან თარიღს ან იმას, რომ ამ გენეტიკური ელემენტის გარეშე ცნობიერება ვერ განვითარდებოდა.

მითი 4: ნეირონები მოგონებებს ვირუსების მსგავსად გადასცემენ ერთმანეთს.

რეალობა: ექსპერიმენტულად ნაჩვენებია Arc-ის შემცველი კაფსიდების საშუალებით რნმ-ის უჯრედშორისი გადატანის შესაძლებლობა. ეს არ ნიშნავს, რომ ერთი ნეირონი მეორე ნეირონს კონკრეტულ მოგონებას გადასცემს. მეხსიერება ნერვული ქსელების რთული და მრავალსაფეხურიანი ფუნქციაა.

მითი 5: ეს აღმოჩენა უკვე იძლევა ნეიროლოგიური დაავადებების მკურნალობის ახალ საშუალებას.

რეალობა: აღმოჩენა ქმნის კვლევის ახალ შესაძლებლობებს, მაგრამ Arc-ზე დაფუძნებული მკურნალობის ეფექტიანობა და უსაფრთხოება ადამიანებში დადასტურებული არ არის.

ხშირად დასმული კითხვები (Q&A)

რა არის Arc გენი?

Arc არის ნეირონებში აქტივობაზე დამოკიდებული გენი, რომელიც მონაწილეობს სინაფსური პლასტიკურობისა და ხანგრძლივი მეხსიერების რეგულირებაში.

რატომ უწოდებენ მას ვირუსის მსგავს გენს?

იმიტომ, რომ მის მიერ წარმოქმნილ ცილას შეუძლია შექმნას ვირუსული კაფსიდის მსგავსი სტრუქტურები და მათში რნმ-ის მოთავსება.

შეიძლება თუ არა Arc ინფექციის გამოწვევა?

არა. Arc ადამიანის გენომის ნაწილია და არ წარმოადგენს ჩვეულებრივ ინფექციურ ვირუსს.

როგორ მონაწილეობს Arc მეხსიერების ჩამოყალიბებაში?

ის გავლენას ახდენს სინაფსურ პლასტიკურობაზე, ნერვულ უჯრედებს შორის კავშირების ცვლილებასა და ხანგრძლივი მეხსიერების კონსოლიდაციაზე.

ადამიანის გენომის რამდენი პროცენტია უძველესი რეტროვირუსებისგან მიღებული?

დაახლოებით 8–10 პროცენტი. ეს თანმიმდევრობები უმეტესად არააქტიურია და თაობიდან თაობას გენომის შემადგენლობაში გადაეცემა.

არის თუ არა Arc-ის აღმოჩენა მნიშვნელოვანი ალცჰაიმერის დაავადებისთვის?

დიახ, როგორც კვლევის მიმართულება. Arc-ისა და ნეირონებს შორის კომუნიკაციის შესწავლა შეიძლება დაეხმაროს მეცნიერებს ტვინის ფუნქციის დარღვევების მექანიზმების უკეთ გაგებაში. თუმცა მისი გამოყენება ალცჰაიმერის მკურნალობის მეთოდად ჯერ დადასტურებული არ არის.

შესაძლებელია თუ არა Arc-ის მექანიზმის გამოყენება გენურ თერაპიაში?

ეს ერთ-ერთი პერსპექტიული კვლევითი მიმართულებაა. მეცნიერები სწავლობენ, შესაძლებელია თუ არა ბუნებრივი კაფსიდების გამოყენება გენეტიკური მასალის უჯრედებში გადასატანად. კლინიკურ გამოყენებამდე საჭიროა ეფექტიანობისა და უსაფრთხოების საფუძვლიანი შეფასება.

დასკვნა — საზოგადოებრივი ჯანდაცვის პერსპექტივით

Arc გენის აღმოჩენა თანამედროვე ბიოლოგიის ერთ-ერთი საინტერესო მაგალითია იმისა, თუ როგორ შეუძლია ევოლუციას უძველესი გენეტიკური ელემენტების გარდაქმნა ორგანიზმისთვის სასარგებლო მექანიზმებად.

კვლევამ აჩვენა, რომ ნეირონული გენი, რომლის ევოლუციური წარმომავლობა რეტროტრანსპოზონებს უკავშირდება, ინარჩუნებს ვირუსული ცილების მსგავს თვისებებს და მონაწილეობს რნმ-ის უჯრედშორის გადატანაში.

ეს აღმოჩენა აფართოებს ჩვენს წარმოდგენას ტვინის ფუნქციონირების შესახებ და აჩენს ახალ კითხვებს მეხსიერების, სწავლის, სინაფსური პლასტიკურობისა და ნერვული სისტემის ევოლუციის შესახებ.

ამასთან, მნიშვნელოვანია სამეცნიერო სიზუსტის დაცვა: ჯერ არ არის დადასტურებული, რომ Arc უშუალოდ გადასცემს კონკრეტულ მოგონებებს ნეირონებს შორის ან რომ ადამიანის ცნობიერების წარმოშობა მხოლოდ ამ გენზეა დამოკიდებული.

მომავალი კვლევები დაგვეხმარება გავიგოთ, რამდენად მნიშვნელოვანია ეს მექანიზმი ადამიანის ტვინის ნორმალური ფუნქციონირებისთვის და შესაძლებელია თუ არა მისი გამოყენება ნევროლოგიური დაავადებების შესწავლისა და მკურნალობის ახალი მეთოდების შესაქმნელად.

მთავარი დასკვნა ასეთია: ადამიანის გენომი მხოლოდ მემკვიდრეობითი ინფორმაციის საცავი არ არის. ის ევოლუციური ისტორიის ჩანაწერიცაა, რომელშიც უძველესი გენეტიკური ელემენტების ნაწილი დღესაც მნიშვნელოვან ბიოლოგიურ ფუნქციებს ასრულებს.

წყაროები

1. Jern P, Coffin JM. Effects of retroviruses on host genome function. Annu Rev Genet. 2008;42:709–732. PubMed.

2. Pastuzyn ED, Day CE, Kearns RB, Kyrke-Smith M, Taibi AV, McCormick J, et al. The Neuronal Gene Arc Encodes a Repurposed Retrotransposon Gag Protein that Mediates Intercellular RNA Transfer. Cell. 2018;172(1-2):275–288.e18. doi:10.1016/j.cell.2017.12.024.

3. Shepherd JD, Bear MF. New views of Arc, a master regulator of synaptic plasticity. Nat Neurosci. 2011;14:279–284. doi:10.1038/nn.2708.

4. Shepherd JD. Intercellular Communication in the Nervous System Goes Viral. Trends Neurosci. 2021;44(4):248–259. doi:10.1016/j.tins.2020.12.003.

5. Bannert N, Kurth R. The evolutionary dynamics of human endogenous retroviral families. Annu Rev Genomics Hum Genet. 2006;7:149–173. doi:10.1146/annurev.genom.7.080505.115700.

6. Pastuzyn ED, Shepherd JD. A Viral (Arc)hive for Metazoan Memory. Cell. 2018;172(1-2):8–10. PubMed.