Нейрони налагоджують зв'язок між собою за допомогою вірусоподібних «посилок», що передаються один одному.
На молекулярному рівні пам'ять залежить від білків, які працюють в місці міжнейронного контакту - синапсу. Деякі з таких білків допомагають сформувати синапс з нуля, деякі регулюють силу сигналу, які нервові клітини передають один одному, і т. д. Серед білків пам'яті є один під назвою Arc - здатність запам'ятовувати інформацію залежить від нього дуже сильно, але що саме він робить, довгий час залишалося незрозумілим. Загадковості Arc додавало і те, що він схожий на білки деяких вірусів, таких, як ВІЛ.
Виявилося, що він не тільки схожий на вірусні білки, а й поводиться, як вони. Дослідники з Університету Юти впровадили білок Arc в бактеріальні клітини і побачили, що він формує структури, схожі на вірусні капсиди - складні білкові оболонки, в яких віруси ховають свої спадкові молекули, ДНК або РНК.
З іншого боку, співробітники Університету Массачусетсу виявили схожі частинки, складені з Arc, що виходять з нейронів дрозофіл, причому в частинках було багато РНК, скопійованої з гена самого Arc. (Нагадаємо, що генетична інформація, перш ніж перетвориться на білкову молекулу, спочатку копіюється з ДНК на молекулу-посередник РНК, яка і служить безпосередньою інструкцією для складання білка.)
Все дійсно було дуже схоже на справжній вірус: білковий контейнер переносив інформацію про самого себе, подібно до того, як вірусна частинка переносить вірусний геном. Подальші експерименти відкрили у Arc та інші вірусні особливості. Коли нейронам миші, що вирощуються в клітинній культурі, додавали в середу частинки з білка Arc з його ж РНК всередині, нейрони поглинали ці частинки і починали синтезувати білок на шаблоні РНК (в самих нейронах ген Arc був вимкнений).
Однак найцікавіше полягало в тому, що клітини синтезували Arc залежно від електричної активності: якщо до нейронів приходило багато імпульсів, вони робили більше білка. Експерименти на дрозофілах показали, що Arc-частинки з РНК всередині передаються тільки в одному напрямку, і якщо нейрон, наприклад, передає сигнал на м'яз, то і білкові частинки будуть йти від нейрона до м'язового волокна. З іншого боку, число контактів між нейронами явно залежало від Arc: якщо його ген вимикали, то нейрони формували менше синапсів. Повністю результати досліджень описані в статті в Cell.
Тобто схожість одного з білків пам'яті з вірусами виявилася неспроста: він дійсно поводиться як вірус, програмуючи клітини на синтез самого себе. Мабуть, його вірусні властивості допомагають нейронам спілкуватися і формувати нервові мережі - не дарма ж синтез Arc зростає разом з активністю нервових клітин і не дарма ж без нього утворюється мало міжнейронних контактів.
Можливо, Arc і справді прийшов у геном разом з якимось вірусом, таких випадків еволюція знає багато. Вірус, який зумів вбудуватися в геном господаря, може надовго тут і заснути, так що клітини починають використовувати вірусні білки в своїх цілях. Наприклад, відомо, що деякі «домашні» віруси захищають людський ембріон від інфекції, а інші допомагають імунітету, стимулюючи синтез антитіл у відповідь на появи в організмі чужорідних молекул.