세포의 경우 의사 소통은 삶과 죽음의 문제입니다. 식품 공급이 부족하거나 침략하는 병원체가 가까워지고 있다고 신체의 다른 구성원에게 알리는 능력은 생존과 멸종의 차이가 될 수 있습니다. 과학자들은 수십 년 동안 세포가 화학 물질을 주변 환경으로 분비 할 수 있다는 것을 알고있어서 모두가 읽을 수있는 자유 플로팅 메시지를 방출합니다. 그러나 최근에는 과학자들이 세포가 세포 외 소포로 알려진 분자 정보를 포장 할 수 있음을 발견했습니다. 수업 시간에 어린이가 통과 한 메모와 마찬가지로, 세포 외 소포에 포장 된 정보가 접 히고받는 사람에게 전달됩니다.
지난 5 년 동안 세포 외 소포에 대한 연구가 폭발적으로 나타났습니다. 과학자들이 소포가 어떻게 만들어 지는지, 정보를 포장하는 방법 및 방출 방법에 대한 비밀을 밝혀 냈을 때, 소포와 바이러스 사이에 강력한 유사점이 있음이 분명해졌습니다.
국립 아동 건강 및 인간 개발 연구소 (NICHD)의 러시아 출신 바이러스 학자 인 레오 니드 마르 골리 스 (Leonid Margolis)와 메릴랜드 대학교 (University of Maryland School of Medicine)의 HIV 개척자 인 로버트 갈로 (Robert Gallo)는이 유사성이 단순한 우연성 이상이라고 제안했다. 바이러스가 자신의 생산을 위해 세포 외 소포를 만드는 데 사용되는 세포 경로를 납치하는 것만으로도 세포가 소포에 사용하기 위해 일부 바이러스 성분을 취했습니다. Margolis는 세포 외 소포 및 바이러스가 세포에 의해 생성 된 막 입자의 연속체의 일부라고 주장한다. 이 두 극단 사이에는 다양한 유전자 물질과 단백질 (일부는 숙주, 바이러스에서 나온 것)으로 채워진 지질이 늘어선 주머니가 있습니다.
Margolis는“바이러스와 소포 사이에는 근본적인 차이가 있습니다. 바이러스는 복제 할 수 있고 소포는 할 수 없습니다. “그러나 그 사이에는 많은 변형이 있습니다. 바이러스는 어디에서 시작하고 세포 외 소포는 어디에서 시작합니까?”
세포가 의사 소통을 위해 소포를 사용하기 시작했고 바이러스가 복사했는지, 또는 세포가 바이러스에서 아이디어를 훔쳤는 지, 아니면 두 가지 전략을 진화시키는 것이 현재 결정이 불가능합니다. 세포 외 소포에서 정보를 보내는 것은 수십억 년 전에 박테리아조차 그렇게했기 때문에 처음으로 나타났습니다. 플로리다 주립 대학 (Florida State University)의 바이러스 학자 인 데이비드 메크스 (David Meckes)는“세포 사이의 수송을 위해 막 결합 된 정보를 사용한다는이 아이디어는 오랜 시간이 걸렸다”고 말했다.
Margolis와 Gallo의 가설을 뒷받침하는 가장 인상적인 증거 중 하나는 1 월에 널리보고 된 최근의 발견은 학습과 기억에 연루된 ARC라는 포유 동물 단백질이 실제로 용도로 재구성 된 역전 단백질이라는 것입니다. 더 중요한 것은, 아크는 세포 외 소포에서 뉴런의 시냅스에서 분비되는 것으로 보인다. Cornell University의 레트로 트랜스 포슨 전문가 인 Cedric Feschotte는“이 소포는 바이러스 성 봉투처럼 작용할 수 있습니다.
이제 인간은 세포 사이에 정보를 수송하기위한이 공유 막 매체를 알고 있기 때문에이 아이디어는 새로운 발견과 암 및 바이러스 질환에 대한 새로운 치료제의 발달을위한 길을 열고 있습니다.
단백질 코트에 싸인 나쁜 소식
과학자들이 강력한 광학 현미경 하에서 세포를 처음 응시하기 시작했을 때, 그들은 세포의 원형질 막의 선명한 가장자리를 둘러싼 미미한 입자의“먼지”를 발견했습니다. 연구자들은 일반적으로 비듬과 동등한 세포에 파편을 분쇄했으며 많은 관심을 기울이지 않았습니다. 시간이 지남에 따라 과학자들은이 막 조각이 혈장 및 혈액과 같은 광범위한 세포 배양 및 체액에 나타났습니다. 일부는 세포막 자체에서 직접 신진하여 형성되었으며, 먼저 미세 소포라고 불리는 후에, 나중에 세포 외 소포라고 불렸다. 다른, 전형적으로 작은 것들은 혈장 막을 통해 방출되기 전에 세포 내에서 조립되었고 엑소 좀으로 알려지게되었다. 세포 외 소포 및 엑소 좀은 30 나노 미터 (작은 바이러스의 직경)에서 하나의 미크론만큼 큰 크기가 엄청나게 범위입니다.
암스테르담의 VU University Medical Center의 소포 전문가 인 D. Michiel Pegtel에 따르면, 이들 소포의 양은 특별하다.
이 분야는 2006-2007 년 스웨덴 팀과 공동 유럽 그룹이 엑소 좀과 세포 외 소포가 여러 유형의 RNA를 운반 할 수 있음을 독립적으로 발견했을 때 시작되었습니다. 여기에는 DNA를 단백질로 번역 할 때 중개자 인 메신저 RNA (mRNA)와 유전자 발현에 영향을 미치는 마이크로 RNA라는 소분자가 포함되었다. 혈액에서 세포 외 소포 및 엑소 좀의 초기 발견 후, 과학자들은 타액, 소변, 양수, 모유 및 정액 액체를 포함하여 테스트 한 거의 모든 유형의 체액에서 발견했습니다. 연구원들은 세포 외 소포와 엑소 좀을 다른 하위 유형으로 분류하기 시작했지만 해당 범주를 분류하고 식별하는 방법을 찾는 데 어려움을 겪고 있습니다.
소포가 RNA를 운반 할 수 있다는 실현은 또한 바이러스와 비교를 초대합니다. 세포를 흘리는 소포 중 일부는 바이러스와 크기가 유사하지만 분자화물과 그 능력은 물론 다릅니다. Pegtel은“본질적으로 소포와 엑소 좀을 바이러스에서 분리하는 것은 엑소 좀이 전염성이 없다는 것입니다. 그럼에도 불구하고 유사성의 이유는 중요합니다.
개척 면역 학자 Peter Medawar는 한 번 바이러스가“단백질 코트에 싸인 나쁜 소식”이라고 주장했지만 레트로 바이러스는 또한 숙주의 세포 막 조각으로 스스로 감싸서 단백질 껍질 위에 두 번째 층을 드레이프합니다. 숙주 유래 막은 면역계에 의한 바이러스가 발견되는 것을 방지합니다. 바이러스 학자 들이이 미세한 병원체에 의해 납치 된 세포 경로를 조사했을 때, 그들은 바이러스가 엑소 좀과 세포 외 소포를 만들기위한 세포의 기존 경로를 활용하여 봉투를 얻는다는 것을 발견했다.
.세포 유래 봉투에 싸인 모든 바이러스가 완전히 손상되지 않고 기능적이지는 않습니다. 많은 사람들이 중고차 로트에서 레몬과 동등합니다. 중고 및 작동하지 않습니다. 막으로 덮인 이러한 바이러스 쓰레기 더미는 다른 세포를 감염 시키거나 질병 발생을 영속시킬 수 없습니다. 그러나 어떤 경우에는 바이러스 성 쓰레기를 운반하는이 소포가 세포 RNA를 운반하는 사람들과 거의 동일하게 보입니다.
Margolis는 HIV 및 기타 작은 RNA 바이러스와 같은 일부 바이러스와 엑소 좀 및 세포 외 소포가 동일한 연속체의 두 가지 극단에 떨어지는 것을 깨달았습니다. Margolis는 감염된 세포로부터 압출 된 결함 바이러스 및 바이러스 유사 입자 가이 분야의 광대 한 중간지면을 형성한다고 말합니다.
Margolis는“세포 세포 의사 소통은 우리를 우리를 만드는 가장 오래된 메커니즘 중 하나입니다. "소포는 바이러스와 비슷하기 때문에 물론 문제는 첫 번째 세포 외 소포가 원시 바이러스인지, 세포 외 소포에서 배운 바이러스인지 여부입니다."
.NICHD와 해외의 Margolis와 그의 동료들은 소포와 바이러스의 유사성을 처음으로 알지 못했지만 국립 과학 아카데미의 절차에서 2016 년 논문 그들이 같은 현상의 두 극단이라는 가설을 세웠습니다. 채플 힐에있는 노스 캐롤라이나 대학교 (University of North Carolina)의 바이러스 학자 인 Dirk Dittmer는이 아이디어가 도발적이라고 말했다. "그러나 그것들은 늦은 밤에 우리가 토론하고 싶은 종류의 종류이며 아무도 대답이 없습니다."
.Margolis의 아이디어가 필요한 것은 바이러스와 엑소 좀 사이의 밀접한 관계를 뒷받침하는 더 많은 증거였습니다. 이 지원은 결국이 관계를 공부하지 않은 두 개의 독립적 인 실험실에서 나왔습니다.
진화를위한 원료
유타 대학교의 신경 과학자 Jason Shepherd와 그의 박사후 엘리사 파스 투 킨 (Elissa Pastuzyn)이 아크 단백질의 상세한 구조를 해독하려고 시도했을 때, 세포 외 소포에 대해서는 아무것도 몰랐다. 그들이 아는 것은 arc 가없는 생쥐였습니다. 유전자는 무서운 상황에서 배울 수 없었습니다. 많은 포식자에게 간식 크기의 모젤 인 동물의 치명적인 결함입니다. 또한 다른 실험실은 이미 단백질의 덜 소멸 된 구조로 앞서 나갔으며 ARC에 더 자세한 논문을 게시하도록 강력하게 동기를 부여했습니다.
.그러나 Pastuzyn이 반복적으로 아크를 정화하려고 시도함에 따라 단일 단백질은 더 복잡한 구조로 자체 조립을 유지했습니다. 처음에 모든 사람들은 그것이 실수라고 생각했습니다. 그러나 계속해서 Shepherd와 Pastuzyn은 전자 현미경으로 엿볼 수있었습니다. 단백질 구조는 친숙해 보였다.
그녀는“바이러스처럼 보였다”고 말했다. “이것은 이중 고정 구조였으며, 닮은 점은 어수선했습니다. 나는 그것이 무엇인지 전혀 몰랐습니다.”
Pastuzyn이 Arc 의 DNA 서열을 찾았을 때 Genbank (모든 유전자 서열에 대한 NIH의 퇴적물)에서, 그녀는 ARC의 예측 된 구조가 레트로 바이러스의 캡시드 쉘을 형성하는 단백질 인 Gag의 구조와 가장 밀접하게 유사하다는 것을 발견했습니다.
개그 유일한 범인도 아닙니다. 연구자들이 깨닫게 된 것은 수백만 년 전 레트로 바이러스 게놈의 일부가 숙주의 DNA에 삽입되었고, 그 서열은 수많은 세대의 자손에게 전달되었다는 것입니다. 인간 게놈의 약 8 %는 궁극적으로 바이러스에서 유래됩니다. 이 DNA 중 일부는 실제로“정크”이지만 과학자들은 우리의 생물학에서 많은 역할을한다는 것을 배우고 있습니다.
숙주의 경우, 이들 바이러스 유전자는 진화를 위해 견과류와 볼트로 가득 찬 유전자 정크 서랍을 제공합니다. Shepherd는 Evolution은 Bubble Gum과 종이 클립으로 폭탄을 방어 할 수있는 1980 년대 TV 영웅을 언급하는 최고의 MacGyver라고 말합니다. 불면증이 가득한 창의성 파열로 인해 사물을 완전히 발명하지는 않습니다. 대신, 예비 부품에서 독창적 인 솔루션을 함께 모아 진화 땜장이.
Shepherd는“이러한 바이러스는 개인에게는 좋지 않지만 새로운 유전자의 원료를 제공합니다. "그들은 잠재적 인 금광입니다."
아크의 경우 개그 -유래 한 바이러스 성 유전자는 포유 동물에게 세포 외 소포에 포장 될 수있는 기성품 전달 장치를 제공했다. 레트로 바이러스는 RNA를 포장하여 세포에서 옮깁니다. "Arc는 이러한 동일한 기능을 많이 보존했습니다."
솔트 레이크 시티에있는 셰퍼드 실험실에서 동쪽으로 약 2,000 마일 떨어진 Vivian Budnik도 매사추세츠 대학교 의과 대학의 실험실에서 ARC에서 일하고있었습니다. 기억과 학습에 대한 관심이 아크에 대한 관심을 불러 일으킨 목자와는 달리, Budnik은 뉴런의 시냅스에서 세포 외 소포에 대한 연구를 통해 단백질에 관심을 갖게되었습니다. 2009 년 Budnik과 그녀의 동료들은 과일 파리가 세포 외 소포를 사용하여 시냅스를 가로 질러 Wnt라는 단백질을 페리하는 방법을 보여주는 첫 번째 동물 모델을 생성했습니다. Budnik이 세포 외 소포가 MicroRNA를 운반 할 수있는 종이를 읽었을 때 소포가 메신저 RNA를 운반 할 수 있는지 궁금해했습니다. 그녀는 아크 단백질의 파리 버전을보기 시작했습니다.
그런 다음 Travis Thomson은 트랜스 포손이라는 모바일 유전자 요소를 연구 한 실험실에서 다른 박사후과를 완료 한 후 박사 우편으로 실험실에 도착했습니다. 그는 아크 유전자에서 mRNA를 보자 마자 바이러스에서 RNA처럼 보였고 그것이 캡시드처럼 행동했는지 궁금해했다.
Budnik은 2 년 전 폐쇄 회의에서 ARC에 대한 초기 발견을 발표했습니다. 셰퍼드는 뒤에 앉아 있었고 Budnik이 독립적으로 ARC에 대해 같은 결론에 도달했다는 것을 깨달았습니다. 그는 나중에 그녀에게 다가가 다른 접근 방식에서 동일한 발견을 설명했습니다. Budnik과 Shepherd는 곧 동물들이 레트로 바이러스 개그 단백질을 두 번 재사용했다고 판단했다. 두 그룹의 동물 모두에서 아크는 시냅스를 가로 질러 RNA를 움직이는 작용을합니다.
“그들은 매우 비슷해 보입니다. 분자 수준의 메커니즘은 다른 레트로 트랜스 포손에서 나오더라도 매우 유사합니다.”라고 Feschotte는 말했습니다.
Shepherd와 Budnik은 논문을 동시에 출판하기로 동의했으며 2018 년 1 월 Cell에서 그렇게했습니다. ARC에 대한 Budnik의 경험으로 인해 세포 외 소포로 운반되는 다른 트랜스 포손 및 바이러스 요소를 찾게되었습니다. 지금까지 그녀는 몇 가지를 발견했으며 그중 하나는 아크처럼 행동합니다. Budnik은“우리는 게놈 전체에 바이러스와 같은 서열을 가지고 있지만, 그들이 무엇을하는지 전혀 모른다”고 말했다.
이 작업은 세포 외 소포와 바이러스 사이의 밀접한 연결을 강화합니다. 한편, 목자와 그의 동료들은 arc 과 유사한 다른 유전자에 대해 인간 게놈을 닦고 있습니다. . Budnik과 마찬가지로, 그들은 몇 가지를 발견했습니다 (결과도 아직 게시되지 않았습니다).
2013 년에 발표 된 135 개 연구에서 2017 년 1,087 개의 연구에 대한 세포 외 소포에 대한 연구의 최근 폭발은 과학자들의 세포 기능에 대한 중심성에 대한 새로운 인식에 대해 증거합니다. 세포 외 소포 및 엑소 좀은 세포간에 정보를 전달할 수 있기 때문에 과학자들은 암에서 바이러스 감염, 기본 신경 기능에 이르기까지 모든 것을 암시하기 시작했습니다. 로체스터 대학교의 레트로 트랜스 포슨 전문가 인 Lynne Maquat 에게이 과정은 우리가 쓰레기로 생각했던 게놈의 일부가 실제로 중요한 기능을 가지고 있는지 보여줍니다.
Maquat는“호스트가 자체 목적을 위해 바이러스 성 순서를 길들인 것으로 말할 수 있습니다. "이것이 우리의 복잡성의 아름다움입니다-[이러한 요소]는 유전자를 땜질하거나 미세 조정할 수 있습니다."
세포 외 소포는 단순한 세포 잔해와는 거리가 멀고, 우리의 DNA를 흩 뜨리는 바이러스 유전자는 정확히 쓰레기가 아니라 연구원들은 단지 그들이 할 수있는 일에 대한 미스터리를 깨뜨리기 시작했습니다.
.수정 :이 기사는 5 월 4 일에 Leonid Margolis가 National Institutes of Health 내에서 NICHD와 제휴하고 있음을 명시하기 위해 업데이트되었습니다.
