Cell: 科学家发现了秀丽隐杆线虫个体间记忆转移的机制
研究人员证明，微型蠕虫秀丽隐杆线虫使用一种叫做Cer1的逆转录转座子在蠕虫之间转移一种习得的行为(避开致病菌)。
当一个有机体在其环境中遇到威胁时，警告其他人该危险对该物种有利。 微小的蛔虫 C. elegans 经常在其环境中遇到危险，例如病原菌铜绿假单胞菌，它似乎是一种吸引人的食物来源，但如果食用它会使蠕虫生病。 C. elegans 没有能力像人类那样发出警告，但普林斯顿大学研究员 Coleen Murphy 实验室的研究人员的新工作表明，遇到铜绿假单胞菌的蠕虫可以帮助其他人避免危险，并确定了该机制的关键部分 这是通过它完成的。
Animals face both external and internal dangers: pathogens threaten from the environment, and unstable genomic elements threaten from within. C. elegans protects itself from pathogens by “reading” bacterial small RNAs, using this information to both induce avoidance and transmit memories for four generations. Here, we found that memories can be transferred from either lysed animals or from conditioned media to naive animals via Cer1 retrotransposon-encoded virus-like particles. Moreover, Cer1 functions internally at the step of transmission of information from the germline to neurons and is required for learned avoidance. The presence of the Cer1 retrotransposon in wild C. elegans strains correlates with the ability to learn and inherit small-RNA-induced pathogen avoidance. Together, these results suggest that C. elegans has co-opted a potentially dangerous retrotransposon to instead protect itself and its progeny from a common pathogen through its inter-tissue signaling ability, hijacking this genomic element for its own adaptive immunity benefit.
在早期的工作中，墨菲的实验室发现被铜绿假单胞菌感染的母蠕虫学会了避开细菌，并且它们可以将这种回避行为影响到后代的后代四代。 吃过铜绿假单胞菌的母蠕虫通过它们的肠道吸收一种叫做 P11 的细菌小 RNA，它会触发蠕虫生殖细胞中的信号，然后传递给控制行为的神经元。 之后，新的行为通过对生殖系细胞的改变传达给未来的后代。 在他们的新论文中，共同第一作者 Rebecca Moore、Rachel Kaletsky 和 Chen Lesnik 及其同事表明，回避行为也可以从受过训练的蠕虫传递给其他幼稚的成年蠕虫。
“我们发现一条蠕虫可以学会避开这种病原细菌，如果我们粉碎那条蠕虫，或者甚至只是使用蠕虫游动的培养基，然后将这种培养基或粉碎的蠕虫裂解物交给幼稚的蠕虫，这些蠕虫现在 也要'学习’避免病原体，”墨菲解释说。
这一发现表明蠕虫会分泌一些信号，当被其他蠕虫接收时，可以改变它们的行为。 有趣的是，通过接收该信号“受教育”的蠕虫后代在接下来的四代中也避免了致病性铜绿假单胞菌。 这表明分泌信号在受体蠕虫中触发了与直接暴露于病原体的蠕虫相同的学习途径。 墨菲的小组试图识别分泌的信号。
“我们发现一种叫做 Cer1 的逆转录转座子形成病毒样颗粒，它似乎不仅在组织之间（从蠕虫的生殖系到神经元）而且在个体之间携带记忆，”墨菲说。
逆转录转座子是一种遗传元件，类似于病毒，它已将自身插入宿主动物的 DNA 中。 研究人员发现，Cer1 存在于蠕虫生殖系细胞的 DNA 中，反转录转座子被 RNA 干扰击倒的母蠕虫无法通过暴露于 P11 来学习避免铜绿假单胞菌，从而将回避行为传递给后代 ，或教育附近的蠕虫。 此外，成年受体蠕虫需要在其基因组中存在 Cer1 才能学会避开病原体。 作者发现两种天然缺乏 Cer1 的野生蠕虫品系无法做这些事情，这表明在这些品系中，需要 Cer1 来建立、传播和接收这种回避行为。
“我们认为 Cer1 可能使蠕虫在与病原体的战斗中占据优势，尽管在其基因组中获取 Cer1 在非致病条件下可能对蠕虫有害，”墨菲说。
“墨菲等人的研究结果具有启发性，”马萨诸塞大学分子医学教授、RNA 干扰的共同发现者克雷格梅洛说。 “在越来越多的研究中，这是另一个有趣的插曲，这些研究涉及系统性 RNA 信号影响跨代行为，如果这项研究是正确的，现在甚至是横向的。”
尽管其他研究表明海蛞蝓 Aplysia 等动物能够在个体之间转移记忆，但 Moore、Kaletsky、Lesnik 及其同事的工作首次提出了这种转移可以在自然界中发生的机制。 然而，这项研究也提出了一些紧迫的问题。 例如，正如 Mello 指出的那样，蠕虫使用 RNA 信号将信息传递给后代，但目前尚不清楚 Cer1 对这一途径有何贡献。
“为什么动物需要病毒将信号传递给后代？” 梅洛问道。 “究竟是在转移什么？”
Mello 说，为了证明蠕虫和 Cer1 逆向元素之间的进化关系，填补这些理解上的空白非常重要。 这正是墨菲的小组现在正在努力做的事情。
Rebecca S. Moore, Rachel Kaletsky, Chen Lesnik, Vanessa Cota, Edith Blackman, Lance R. Parsons, Zemer Gitai, Coleen T. Murphy. The role of the Cer1 transposon in horizontal transfer of transgenerational memory. Cell, 2021; 184 (18): 4697 DOI: 10.1016/j.cell.2021.07.022
文章来源网络整理；如有侵权请及时联系PaperRSS小编删除，转载请注明来源。
温馨提示：
为方便PaperRSS粉丝们科研、就业等话题交流。我们根据10多个专业方向（植物、医学、药学、人工智能、化学、物理、财经管理、体育等），特建立了30个国内外博士交流群。群成员来源欧美、日韩、新加坡、清华北大、中科院等全球名校。