Las neuronas comparten información genética encapsulada en forma de virus

Dibujo20180115 virus like shells from one neuron to another theatlantic com chris mantre

El gen Arc se expresa en las neuronas del ratón y está implicado en el aprendizaje a largo plazo. La proteína ARC actúa como un capsómero y se autoensambla en forma de cápside icosaédrica que encierra una copia de su propio ARN mensajero, como si fuera un retrovirus. Lo mismo ocurre con el gen darc1 y la proteína dArc1 en la mosca de la fruta. Así lo indican sendos artículos en Cell que muestra que estos genes descienden de un grupo ancestral de genes llamados retrotransposones gitanos (gypsy retrotransposons). Estos genes gitanos existen en muchos animales y se comportan como entidades independientes capaces de duplicarse fuera de su huésped; más aún, se cree que fueron el origen de los actuales retrovirus, como el virus HIV del SIDA.

El gen Arc fue relacionado en el año 2006 con el gen gag que produce los capsómeros de retrovirus como el HIV. Pero hasta no se había descubierto que da lugar a cápsides pseudovíricas que se usan en un nuevo tipo de sinapsis química entre neuronas. Por desgracia, todavía se ignora qué papel juega esta transferencia de ARN mensajero del gen Arc entre neuronas. Una posible hipótesis es que este ARNm se transfiere a otra neurona para influir en la expresión de ciertos genes en ésta que pudieran estar involucrados en la consolidación del aprendizaje a largo plazo. Futuros estudios tendrán que confirmar esta hipótesis.

Un resultado asombroso e inesperado que sugiere un titular sensacionalista tipo nuestra memoria es resultado de una infección vírica. Los dos artículos son Elissa D. Pastuzyn, Cameron E. Day, …, Jason D. Shepherd, “The Neuronal Gene Arc Encodes a Repurposed Retrotransposon Gag Protein that Mediates Intercellular RNA Transfer,” Cell 172: 275–288 (11 Jan 2018), doi: 10.1016/j.cell.2017.12.024, y James Ashley, Benjamin Cordy, …, Vivian Budnik, “Retrovirus-like Gag Protein Arc1 Binds RNA and Traffics across Synaptic Boutons,” Cell 172: 262–274 (11 Jan 2018), doi: 10.1016/j.cell.2017.12.022. La conexión con los retrovirus se desveló en Mónica Campillos, Tobias Doerks, …, Peer Bork, “Computational characterization of multiple Gag-like human proteins,” Trends in Genetics 22: 585–589 (2006), doi: 10.1016/j.tig.2006.09.006.

Me he enterado gracias a Ed Yong, “Brain Cells Share Information With Virus-Like Capsules,” The Atlantic, 12 Jan 2018. También recomiendo Nicholas F. Parrish, Keizo Tomonaga, “A Viral (Arc)hive for Metazoan Memory,” Cell 172: 8–10 (11 Jan 2018), doi: 10.1016/j.cell.2017.12.029.

Graphical Abstract

Todavía es pronto para hablar de aplicaciones biomédicas del nuevo descubrimiento. Aunque se sabe que el gen Arc en humanos está implicado en varios desórdenes como el Alzheimer, la esquizofrenia y el síndrome X frágil. También parece intervenir en el declive cognitivo asociado a la edad. En ratones jóvenes se produce mucha más proteína Arc que en ratones viejos; más aún, si se elevan de forma artificial los niveles de Arc en ratones viejos se mejoran ciertas habilidades cognitivas relacionadas con el aprendizaje de nuevas experiencias. Las posibles implicaciones biomédicas de estos resultados pioneros son todavía ciencia ficción.

Dibujo20180115 mRNA retrovirus sinapsis neurons cell 10 1016 j cell 2017 12 024

Ciertos animales, como los peces, carecen de genes Arc. Sin embargo, expresan otros genes tipo gag derivados de los retrotransposones gitanos que podrían tener un papel similar en sus procesos de memorización a largo plazo. En humanos se conocen más de 100 genes gag y su función específica es aún desconocida. Si su papel fuera similar al de los genes Arc en ratones, las proteínas Gag serían responsables de la transferencia de información genética entre células. Un nuevo sistema de comunicación intercelular que sería análogo a las infecciones de los virus.

Dibujo20180115 Arc Forms Virus-like Capsids cell 10 1016 j cell 2017 12 024

Dibujo20180115 neuron with Arc Forms Virus-like Capsids cell 10 1016 j cell 2017 12 024

Las imágenes de las cápsides icosaédricas de la proteína ARC se han obtenido mediante criomicroscopia electrónica. Las cápsides tienen entre 20–60 nm y una doble capa exeterna. Además se han obtenido imágenes de neuronas con vesículas extracelulares que contienen estas cápsides.

Dibujo20180115 Gypsy-like Gag Arc dArc1 Proteins Assemble virus-like Capsid j cell 2017 12 029

En el caso de la mosca de la fruta, las correspondientes vesículas extracelulares contienen varias cápsides de la proteína dArc1 conteniendo una copia del ARN mensajero del gen darc1.

En resumen, que los retrotransposones gitanos sean el origen común de las cápsides Arc y ciertos retrovirus en mamíferos es muy sugerente. La plasticidad neuronal y su relación con la memoria aún guarda muchos misterios bioquímicos por desvelar. Habrá que estar muy al tanto de estos interesantes trabajos que muestran que la evolución sigue caminos convergentes inesperados.

10 comentarios

Participa Suscríbete

daniel daniel

Impresionante. Primero: se demuestra que el papel de los transposones en la vida y por tanto sigue habiendo mucho que estudiar sobre ADN no codificante, mal llamado ADN basura. Segundo, se demuestra que la inteligencia natural no puede ser copiada por la inteligencia artificial, sino que la IA tendrá sus propios mecanismos que se parecerán en unas cosas sí y en otras no a la IN

pochimax pochimax

En cuanto a lo segundo ¿seguro que no hay una forma matemática equivalente a trasladar este tipo de información en redes neuronales informáticas? Los informáticos etc se basan mucho en las estructuras biológicas para luego adaptarlo al diseño de sus redes neuronales.

daniel daniel

De momento no se sabe qué función tiene esa transmisión de ARNm entre neuronas, así que no se podría copiar el mecanismo, porque ¿que informacióne se trasladaría en redes neuronales y para qué?. Pero además puede haber más cosas que aún estén por descubrir en el funcionamiento de las neuronas y por tanto ni siquiera se sabe qué habría que copiar

Luis Luis

De forma análoga a la plasticidad que presentan las neuronas con los retrotrasmisores, se me ocurre que en las redes neuronales la retropropagación que ajusta los pesos entre las distintos nodos, ademas podria ser capaz de poder modificar la arquitectura en si misma de la red, con la capacidad de agregar o eliminar nodos, o incluso capas de nodos enteras, siguiendo algun tipo de criterio. No se, es solo una idea que se me ocurre.
Saludos!

Francisco R. Villatoro Francisco R. Villatoro

Sergio, ¿por qué una neurona, una célula hepática, una cardiaca y una de la piel son tan diferentes entre sí cuando comparten el mismo ADN humano? Porque la diferencia está en los genes que se expresan o no en cada una. Contestando a tu pregunta, una neurona puede comunicar a otra neurona Ciertas señales químicas que inicien la expresión de ciertos genes.

Enrique Moreno Enrique Moreno

Me he quedado alucinado. Espectacular. Me pregunto si los antiretrovirales influirán en la consolidación de la memoria…

Curioseando Curioseando

Vaya, resulta que después de todo tenemos transferencia genética horizontal 🙂
Esperaremos impacientes a ver qué consecuencias tiene esta transferencia en las neuronas vecinas.
Lo que comenta Luis más arriba es muy interesante, no tenemos por qué esperar a conocer todo el mecanismo biológico (aunque será muy interesante conocerlo) para poder hacer pruebas con nuestras IA creando y borrando nuevas conexiones en nuestras redes neuronales. Tal vez, cuando conozcamos el mecanismo, nos aporte además nuevas ideas de cómo modificar nuestras IA.

Suzudo Suzudo

O sea ¿que las neuronas se pasan rutinas de código entre ellas casi literalmente de una forma un tanto curiosa?

¿casi literalmente o literalmente?

Alucinante

Pedro Collado Pedro Collado

Por si la cosa no era ya bastante complicada, esto si que complica lo de “clonar” un cerebro humano mediante un sistema informático.

A mi ya me daba la sensación de que explicar la inteligencia humana a través de las conexiones neuronales no era suficiente.

Siempre me ha parecido que una neurona podría ser algo más “inteligente” que lo que pensábamos.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *