Beyninizde bir virüs gibi davranan protein: Arc

Çocukluktan beri mikrop ve bakteriler hakkında endişeleniriz çünkü yaygın bir inanışa göre virüslerin ve bakterilerin düşman olduğu bize söyleniyordu. Fakat son yapılan araştırma bu inanışın yanlış olabileceğini gösteriyor. Utah Üniversitesi Tıp Fakültesinde nörobiyoloji dalında profesör olan Jason Shepherd, bizim bu kadar karmaşık türlere evrimleşmemizde virüs ve bakterilerin nasıl yardımcı olduklarını araştırıyor ve bu durumun aynı zamanda birkaç beyin bozukluklarının tedavisinde kilit rol oynayacağı görüşünde.
Virüsler gerçekten hafızaya geçişin sorumlusu olabilir. Beynimizin nasıl kodladığı, onu nasıl depoladığı, nasıl tekrar hatırladığı, öğrendiği ve hatta yaşlandıkça bu süreçlerin nasıl yavaşladığı Shepherd’in üzerine yoğunlaştığı konulardan.
Beynimizdeki nöronlar aslında birbirine değmiyor; aralarında sinaps denilen sinyallerin iletildiği boşluklar var. Aktivite sırasındaki belirli yollar bu sinapslar arasındaki dayanıklılığı arttırıyor. Sinaptik esneklik, bu yollarda hafızayı ve öğrenmeyi bir arada tutuyor.
Shepherd’in araştırmasının yıldızı olan proteinin ismi ‘’Düzenlenmiş iskelet aktivitesi’’ bir diğer ismiyle Arc (activity regulated cytoskeletal). Stepherd ve çalışma arkadaşlarının yaptığı Arc proteini olmayan farenin hafıza testinde Arc’ın hafıza için hayati bir önem taşıdığını gösterdiler. ‘’ Eğer Arc genini fareden çıkarırsanız hiçbir şey hatırlamazlar’’ diyor Shepherd. ‘’ Bu fareler başlangıçta öğreniyor gibi gözüküyor, fakat bu öğrendiklerini hatırlayamıyorlar. Eğer bir saat sonra ya da bir gün sonra gelirseniz, ortada bir bağlantı olmadığını göreceksiniz’’. Shepherd, bu çalışmaya dayanarak Arc’ın kısa süreli hafızadan uzun süreli hafızaya geçişte hayati bir rol oynadığını düşünüyor.
Arc ilk olarak 90’ların ortalarında iki bağımsız araştırma grubu (Paul Worley ve Dietmar Kuhl)tarafından öğrenmeyle açılmış genlerin olabileceğini araştırıyorlardı. Yaklaşık aynı zamanlarda Oswald Steward ve çalışma arkadaşları çoğu hücrelerde olmasından ziyade protein sentezinin sinapslarda oluşup oluşmayacağını araştırıyordu. Fakat işler öyle değildi, Arc kusursuzca sinaptik aktivite tarafından çalıştırılıyordu, Arc proteinini yapmak için gerekli bilgiyi taşıyan molekül olan Arc mesajcı RNA’sı hücreden sinapsa gidip gelen RNA moleküllerinden biriydi. Bu buluş bilim insanlarını hücrelerin Arc RNA’yı bir proteine nasıl dönüştürdüğünü araştırmaya teşvik etti. Shepherd bu durumu incelediğinde ‘Tamamen beklenmedik’ buldu. Laboratuvarda Arc proteini sürekli kümelenerek toplanıyordu. ‘’ Garip bir şekilde davranıyordu’’ diyor Shepherd. ‘’Neredeyse bu deneyi durduruyorduk çünkü bir yerleri tıkıyorduk diye düşünüyorduk’’ diyor. Birçok kez beyin fırtınası yaptıktan sonra bu proteinin beklenenden daha büyük olduğu için tıkadığına karar veren grup bu proteine elektron mikroskobuyla bakmayı denedi. Shepherd bu proteinin onun daha önceleri çalıştığı proteinlere benzemediğine ve yapacak bir şey olmadığını düşündü, çünkü Arc proteini AIDS’e yol açan HIV virüsüne benziyordu. Retrovirüsler,HIV gibi, kendi RNA’larını eşleyecek biyolojik makinelerden yoksundur. Bunun yerine bir konak hücreye tutunabilecek şekilde evrimleşmişlerdir, kendi genomlarını normal eşleme süreci ilerletebilecek konak hücreye sokarlar. Viral RNA’yı konak hücrenin bağışıklık sisteminin yok etmemesi için virüslerin RNA’larında kapsid adı verilen bir protein kabuk bulunur. Bu kapsül virüsün hücreden hücreye hasar görmeden geçişini sağlar. HIV virüsü gibi Arc da kendi RNA’sının içinde bulunduğu kapside sahiptir ki bu bir insan proteini için duyulmamış şey!
Fare deneyleri sırasında ayrıca Arc proteininin virüs gibi davrandığını; aynı virüs gibi enfeksiyona neden olduğunu buldular. Shepherd virüslerin RNA paylaşımına benzer şeklide Arc kapsidlerinin de bir nörondan bırakıldığında diğer nöronla RNA’larını paylaşabileceğini buldu. Bu da bir diğer önemli soruyu ortaya çıkarıyor: İnsanda bulunan bir protein nasıl bir virüs gibi davranabiliyor?
Arc geninin evrimsel tarihi hala araştırılıyor, gen kuşlarda ve insanlarda bulunuyor fakat balıklarda bulunmuyor. Arc geninin bir türü de insanlarda ve farelerde bulundu, bu bilgi sayesinde bilim insanları bunun her kara hayvanında bulunduğunu düşünüyor. Shepherd Arc geninin dizilimine en çok benzeyen dizilimin balıkta bulunduğunu ve bunun da bir genden diğerine atlayabilen genetik bir materyal olan aktif bir retrotranspozon olduğunu da ekliyor. Bu genin yaklaşık 350-400 milyon yıl önce rastgele olarak hem balık hem de kara memelilerinin atalarına retrotranspozonla sıçradığını düşünüyor. ‘’Önce genomun içine birleşti, sonra başka amaca dönüştü’’ diye ekliyor Shepherd. Bu çalışmalar gösteriyor ki Arc beynin büyük bir bölümünü kapsayan hafıza oluşumunda ve kontrolünde rol oynayan viral benzeri evrimsel kalıntı. Fakat hala bu ‘’viral benzeri’’ mekanizmasının amacını tam olarak anlayabilmiş değiliz. Farelerin aksine balıklar bu Arc benzeri gen olmadan muhteşem hafızaya sahip değiller fakat yine de öğreniyorlar; peki Arc onlara ne sunuyor? Shepherd, hayvanların karaya çıkışında adapte olacak yeni çevrelerin bulunduğunu ve bu sayede daha zeki ve esnek beyinlere ihtiyaç olduğunu düşünüyor. Arc da esneklik ve avantaj sağladığı için daha yarar sağlıyor. Kapsidin koruyucu yapısının da RNA’nın taşınması sırasında hücre saldırılarından korunmak için bu yapının korunmadan geldiği görüşünde.
Birçok buluşta olduğu gibi Arc ile ilgili sürpriz buluşlar da daha çok sorunun ortaya çıkmasını sağladı ki birçoğunun cevabını hala bilmiyoruz. Shepherd ve grubu bu cevapların Alzheimer hastalığı ve bilişsel gerileme ile nasıl ilişkilendirilebileceklerini ve bunun tedavi geliştirmede nasıl yardımcı olabileceğini araştırmaya başladı bile. Belki bu arc benzeri kapsidler toksit proteinlerin giderilmesinde kullanılabilir ya da bağışıklık sistemini savunmaya geçirmeden önce gen terapisiyle ilişkilendirilebilir. Arc çevre ile beyin arasında bir bağlantı diyor Shepherd.’’ Ne zaman yeni bir şeyle karşılaşsanız beynin onu öğrenmesi gerekiyor, Arc artıyor. Bilişsel farkındalığı arttırabilecek her hangi bir şeyin Arc üretimini arttırabileceğini düşünüyoruz.’’ diye ekliyor.
Shepherd beynin içinde esneklik ve denge arasında sabit bir savaşın olduğuna inanıyor . ‘’ Genç beyin oldukça esnek çünkü çevre hakkında öğreniyor. Fakat önemli bir husus; bu bilgi muhafaza edilmeli, bu sayede beyin daha istikrarlı olur’’ diyor. Son zamanlardaki yazısında Shepherd gösterdi ki eğer Arc yetişkin farelerin beyinlerinde attırılırsa çocukluk döneminde hayati öneme sahip olan esnek bir bölüm yeniden açılabilir. Bunun insanlarda da hayal etmenin zor olmadığını da ekliyor. (Tabii ki Shepherd bu deneylerin oldukça kontrollü şeklide yapılması gerektiğini de vurguluyor).
Ayrıca Arc muhtemelen yalnızca bir tür gen değil, Shepherd bu yapıya yakın viral olan 50 genin daha olduğunu düşünüyor. Diğer genlerin de hafızayla bağlantılı olup olmadığı ya da diğer hücre tiplerinde viral benzeri süreçler olup olmadığı bilinmiyor. Yepyeni Arc soruları bizleri daha heyecanlı buluşlara götürebilir. 
Mehtap Bal
Kaynakça: https://massivesci.com/articles/arc-protein-mind-control-memory-brains-shepherd-utah-tedmed-alzheimers/