Arc: Verdanken wir unsere Intelligenz einer viralen Infektion


Symbolbild: Geist als Virus (Illu.).

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Salt Lake City (USA) – Neurologen präsentieren erstaunliche neue Erkenntnisse über das sog. Arc-Protein, das im menschlichen Gehirn für Lernen, Langzeiterinnerung und geistige Arbeit unerlässlich ist: Wie sich zeigt, sieht und wirkt sich Arc genau so aus wie ein Virus-Protein. Verdanken wir Menschen unseren Geist also einer viralen Infektion vor mehreren Millionen Jahren?

Wie das Team um die Neurologen Dr. Elissa Pastuzyn und Dr. Jason Shepherd von der University of Utah aktuell im Fachjournal “Cell” (DOI: 10.1016/j.cell.2017.12.024) berichtet, habe Arc tatsächlich Eigenschaften, die jenen gleichen, wie sie Viren zur Infektion von Wirtszellen einsetzen und entstand vor mehreren hundert Millionen Jahren “zufällig” durch einen frühen Retrovirus.

“Die Vorstellung davon, dass virus-ähnliche Proteine die Grundlage für eine bislang nicht gekannte Form der Kommunikation von Zelle zu Zelle im Gehirn sind, könnte unsere Vorstellung davon, wie etwa Erinnerungen entstehen, verändern”, erläutert Shepherd.

Schon als er und Kollegen Arc vor rund 15 Jahren zum ersten Mal untersuchten und erstmals abbildeten, vermuteten Sie, dass sie hier etwas beobachteten, das sie bislang so noch nicht kannten: “Arc ordnete sich zu großen Strukturen an. Mit einer Form, die die Wissenschaftler mit jener der Mondlandekapsel verglichen, sahen diese Strukturen geradeso aus, wie etwa das Retrovirus HIV.”

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“Zu dieser Zeit wussten wir aber noch nicht viel über die molekularen Funktionen oder der evolutionären Geschichte von Arc”, berichtet Shepherd weiter. “Ich hatte schon fast das Interesse an dem Protein verloren. Nachdem ich dann aber diese Kapseln gesehen hatte, wussten wir, dass wir es hier mit etwas Interessantem zu tun haben.”

Schon zuvor hatten Forscher zeigen können, dass Mäuse ohne das Protein schon nach 24 Stunden Dinge wieder vergessen hatten, die ihnen zuvor antrainiert worden waren. Zudem zeigten ihr Gehirne deutlich weniger Plastizität auf, wie jene der Vergleichstiere: “Im frühen Leben gibt es eine Zeitfenster, in dem das Gehirn wie ein Schwamm neues Wissen und Fähigkeiten regelrecht aufsaugt. Ohne Arc geht dieses Fenster schlichtweg nie auf”, so die Forscher.

Bislang hatten Wissenschaftler aber noch nie in Betracht gezogen, dass jene Mechanismen, die für die Aufnahme von Wissen verantwortlich sind, von etwas abstammen könnten, das sozusagen “von außen” kam. Die neuen Forschungsergebnisse von Shepherd und Kollegen eröffnen nun aber genau diese faszinierende Möglichkeit.

Arc sieht demnach nicht nur wie ein Virus-Protein aus, es verhält sich tatsächlich auch nahezu genau so, wenn es sein eigenes Erbgut, die RNA, in eine Kapsel (Kapsid) packt und diese dann eben so von einer Nervenzelle zur nächsten transportiert, als würde es die Zellen im Gehirn (Neuronen) infizieren.

Die Evolutionsgeschichte von Arc konnten die Forscher hingegen anhand tierischer Genome 350-400 Millionen Jahre auf ein Ereignis zurückverfolgen, als einer unserer vierbeinigen Vorfahren durch sogenannte Retrotransposon-Retroviren infiziert wurde, die ihr genetisches Material in die DNA der Tiere eingaben und so das Arc-Protein erst entstehen ließen. Im Erbgut dieses Wirbeltieres übernahm es als ursprünglicher Fremdkörper nach und nach eine Schlüsselrolle für unsere Fähigkeiten des Lernens, zur Kognition und Gedächtnis.

Die Bedeutung dieses Vorgangs werde noch durch dem Umstand unterstrichen, dass es zu dieser “Infektion” mehr als einmal gekommen ist, berichtet eine zweite, ebenfalls in “Cell” veröffentlichte Studie unter Vivian Budknik von der University of Massachusetts. Sie zeigen das Fliegen-Arc RNA von Neuronen zu Muskeln überträgt, um so deren Bewegung zu kontrollieren. Obwohl Wirbeltier- und Fliegen-Arc sich aus der gleichen Klasse von Retrotransposonen entwickelt haben, ereignete sich die Infektion der Fliegen jedoch erst rund 150 Millionen Jahre später als die der Wirbeltiere.

“Als Evolutionsbiologe ist dieser Aspekt extrem faszinierend”, erklärt Koautor Dr. Cédric Feschotte von der Cornell University und führt dazu weiter aus: “Der Umstand, dass sich dieser Vorgang mindestens zweimal ereignete, lässt die Frage aufkommen, ob es nicht auch öfter vorkam.”

Shepherd glaubt, dass dies bedeuten könnte, dass es evolutionär von Vorteil gewesen sein könnte, dieses von Viren in Gang gesetzte System in sich getragen zu haben. Sollte diese Infektion “uns Wirbeltiere” also tatsächlich zum Denken befähigt haben?

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