Antik Bir Virüs, Bize Hafıza Yeteneğimizi Vermiş Olabilir!

Üretilen pek çok protein beynimizde sadece birkaç dakika tutunabilir. Buna rağmen, hatıralarımızın tüm yaşamımız boyunca saklı kalabilmesi nasıl mümkün olmaktadır? Hafıza oluşumunun tam olarak nasıl meydana geldiği, diğer bir deyişle, moleküler düzeyde hatıraların nasıl oluştuğu nesiller boyunca sinirbilimcilerin kafasını kurcalamıştır. Arc adlı bir gen ve onun ürünü olan Arc proteini ise bu soruyu kısmen cevaplayabilir.

Beynin öğrenmeyle ilişkilendirilen hipokampus bölgesinde üretilen Arc proteini yeni anılar oluştukça etkin hale gelmektedir. Arc üretimi sayesinde yeni anılar oluşmakta, üretimi durduğunda ise hafıza oluşumu ve hatırlama sekteye uğramaktadır. Dolayısıyla, uzun dönem hafıza için temel bir proteindir. Ayrıca, HIV gibi bir virüsün konak bir canlıya bulaşma şekliyle benzer özellikler gösterdiği de Jason D. Shepherd ve ark. tarafından keşfedilmiştir. Cell dergisinde yayımlanmış olan makalelerinde araştırmacılar şunları söylemiştir:

Arc geni, memeli beyninde bilginin uzun süreli depolanmasında önemli bir role sahiptir. … Fakat, moleküler işlevinin ne olduğuna ve evrimsel kökenlerine dair çok az bilgi mevcuttur. … Araştırmamız sayesinde günümüzden 350-400 milyon yıl önce, retrovirüslerin atası olan retrotranspozonların (Ty3/gypsy) genetik materyallerini istila etmiş oldukları karasal, dört uzuvlu bir canlıya aktardıklarına inanıyoruz. Bu durum, şimdiki nörokimyamızda işlev gören Arc proteinin gelişimine yol açtı.

Başka bir çalışma da bu araştırmayı destekler niteliktedir. Massachusetts Üniversitesinden bir araştırmacı grubu, aynı sürecin günümüzden yaklaşık 150 milyon yıl önce meyve sineklerinde bağımsız olarak geliştiğine dair bulgular elde etmiştir.

Shepherd ve meslektaşları Arc proteinin virüslere özgü bir kapsid (kılıf) gibi davrandığını ve kendi oluşturduğu kapsidi aracılığıyla genetik talimatları (mRNA) taşıdığını ortaya koydu. Kapsid, içi kof fakat dışı sert olan kabuğa denir ve virüsün genetik bilgisini taşır. Virüs, genetik materyalini kapsidi aracılığıyla bir hücreden diğerine bulaştırarak yayar.

Arc “Bulaştırma” Sürecini Nasıl Taklit Etmektedir?

Arc proteini, tıpkı bir virüs gibi davranarak, üzerinden nöronların iletişim kurabileceği bir araç işlevi görmektedir. Tıpkı, bir istasyondan diğerine yolcu taşıyan bir tren gibi. Arc’a ait mRNA (mesajcı RNA), nöronal hareketlenme (yeni bilgi girişi) sağlanır sağlanmaz, hücre gövdesinde çabucak ifade edilir. Sonra bu mRNA, “dendrit” denilen dal benzeri yapılardan geçer. Öğrenme esnasında nöron uyarıldıkça Arc mRNA, etkin sinapsların (nöronların birbirine bağlandığı yerlerin) yakınındaki dendritlerin belirli bölgelerinde protein sentezini başlatır. Üretilen Arc proteini sinapslarda toplanıp kendi RNA’sının, diğer RNA’ların ve dendritlerin etrafında virüs kapsidlerine benzer kapsidler (kılıflar) oluşturur. Bu “kılıflama” işlemi, HIV gibi virüslerin RNA’yı ve hücre içi tomurcuklarını sarmalayış tarzıyla yakından ilgili gibi durmaktadır.

Arc Proteinin Virüs Gibi Davranması Ne Anlama Gelmektedir?

Arc’ın bir virüs gibi davranıp davranmadığını test etmek amacıyla Shepherd ve ark. deneylerinde, kendini kopyalayabilen Arc proteinine ait kapsidleri içlerinde fare nöronları bulunan petri kaplarına yerleştirerek, Arc mRNA’ların bir nörondan diğerine aktarımını gözlemlemişlerdir. Yani bir nöron Arc aktive ettikçe daha fazla sayıda kapsid serbest kalmıştır. Ayrıca, genetik bilgi taşıyan bu Arc kapsidleri, nörondan kopan kesecikler (vesiküller) oluşturarak hedefindeki hücrelerle birleşmek için beden içerisindeki yolculuğuna devam edebilir. İşte bu mekanizma, sinir sisteminde hücreden hücreye olan iletişimi mümkün kılan önemli bir işleyiş olabilir.

Gelecekte yapılacak daha fazla çalışma, Arc’ın taşıdığı bu sinyallerin mahiyetini tanımlayarak hücreler arası iletişimin güçlü bir hafıza için neden önemli olduğunu ortaya çıkaracaktır. Ayrıca, sağlıklı bir beynin nasıl anı depoladığını anlamak, Alzheimer’s ve inme gibi hafızayla ilintili bir dizi rahatsızlıkta neyin yolunda gitmemiş olabileceğine dair önemli kavrayışlar sunabilir.