Les chercheurs rapportent le 15 février dans la revue Cellule que d'anciens virus pourraient être à l'origine de la myéline – et, par extension, de notre cerveau vaste et complexe. L'équipe a découvert qu'un élément génétique dérivé d'un rétrovirus ou « rétrotransposon » est essentiel à la production de myéline chez les mammifères, les amphibiens et les poissons. La séquence génétique, qu'ils ont surnommée « RétroMyéline, » est probablement le résultat d'une infection virale ancienne, et des comparaisons de RétroMyéline chez les mammifères, les amphibiens et les poissons suggèrent que les infections rétrovirales et les événements d'invasion du génome se sont produits séparément dans chacun de ces groupes.
« Les rétrovirus étaient nécessaires au décollage de l'évolution des vertébrés », explique l'auteur principal et neuroscientifique Robin Franklin de l'Altos Labs-Cambridge Institute of Science. « Si nous n'avions pas de rétrovirus insérant leurs séquences dans le génome des vertébrés, alors la myélinisation n'aurait pas eu lieu, et sans myélinisation, toute la diversité des vertébrés telle que nous la connaissons ne se serait jamais produite. »
La myéline est un tissu adipeux complexe qui enveloppe les axones nerveux des vertébrés. Il permet une conduction rapide des impulsions sans avoir besoin d’augmenter le diamètre axonal, ce qui signifie que les nerfs peuvent être plus rapprochés. Il fournit également un soutien métabolique aux nerfs, ce qui signifie que les nerfs peuvent être plus longs. La myéline est apparue pour la première fois dans l'arbre de vie à peu près au même moment que les mâchoires, et son importance dans l'évolution des vertébrés est reconnue depuis longtemps, mais jusqu'à présent, on ne savait pas quels mécanismes moléculaires avaient déclenché son apparition.
Les chercheurs ont remarqué RétroMyélinedans la production de myéline lorsqu'ils examinaient les réseaux de gènes utilisés par les oligodendrocytes, les cellules qui produisent la myéline dans le système nerveux central. Plus précisément, l'équipe étudiait le rôle des régions non codantes, notamment les rétrotransposons, dans ces réseaux de gènes, ce qui n'avait pas encore été exploré dans le contexte de la biologie de la myéline.
« Les rétrotransposons composent environ 40 % de notre génome, mais on ne sait rien de la manière dont ils auraient pu aider les animaux à acquérir des caractéristiques spécifiques au cours de l'évolution », explique le premier auteur Tanay Ghosh, biologiste informatique à Altos Labs-Cambridge Institute of Science. « Notre motivation était de savoir comment ces molécules contribuent aux processus évolutifs, notamment dans le contexte de la myélinisation. »
Chez les rongeurs, les chercheurs ont découvert que la transcription de l'ARN de RétroMyéline régule l'expression de la protéine basique de la myéline, l'un des composants clés de la myéline. Lorsqu'ils ont inhibé expérimentalement RétroMyéline dans les oligodendrocytes et les cellules progénitrices des oligodendrocytes (les cellules souches dont sont issus les oligodendrocytes), les cellules ne pouvaient plus produire la protéine basique de la myéline.
Pour examiner si RétroMyéline est présent chez d'autres espèces de vertébrés, l'équipe a recherché des séquences similaires dans les génomes des vertébrés à mâchoires, des vertébrés sans mâchoire et de plusieurs espèces d'invertébrés. Ils ont identifié des séquences analogues dans toutes les autres classes de vertébrés à mâchoires (oiseaux, poissons, reptiles et amphibiens), mais n'ont pas trouvé de séquence similaire chez les vertébrés ou invertébrés sans mâchoire.
« Il y a eu une tendance évolutive visant à rendre la conduction des impulsions de nos axones plus rapide, car une conduction des impulsions plus rapide signifie que vous pouvez attraper des objets ou les fuir plus rapidement », explique Franklin.
Ensuite, les chercheurs ont voulu savoir si RétroMyéline a été incorporé une fois dans l'ancêtre de tous les vertébrés à mâchoires ou s'il y a eu des invasions rétrovirales distinctes dans les différentes branches. Pour répondre à ces questions, ils ont construit un arbre phylogénétique à partir de 22 espèces de vertébrés à mâchoires et ont comparé leurs RétroMyéline séquences. L'analyse a révélé que RétroMyéline les séquences étaient plus similaires au sein des espèces qu'entre elles, ce qui suggère que RétroMyéline a été acquis à plusieurs reprises grâce au processus d’évolution convergente.
L'équipe a également montré que RétroMyéline joue un rôle fonctionnel dans la myélinisation chez les poissons et les amphibiens. Lorsqu'ils perturbèrent expérimentalement le RétroMyéline séquence génétique dans les œufs fécondés de poisson zèbre et de grenouilles, ils ont découvert que les poissons et les têtards en développement produisaient beaucoup moins de myéline que d'habitude.
L'étude met en évidence l'importance des régions non codantes du génome pour la physiologie et l'évolution, affirment les chercheurs. « Nos résultats ouvrent une nouvelle voie de recherche pour explorer comment les rétrovirus sont plus généralement impliqués dans la direction de l'évolution », explique Ghosh.
