Les anciens virus ont contribué à l'évolution des nerfs rapides.

Les anciens virus nous ont vraiment agacés, mais de la meilleure façon possible.

Un rétrovirus en particulier, intégré à l'ADN des vertébrés à mâchoires, aide à activer la production d'une protéine nécessaire à l'isolement des fibres nerveuses, rapportent des chercheurs le 15 février dans la revue Cell. Cet isolement, appelé myéline, aurait pu contribuer à rendre les pensées rapides et les cerveaux complexes possibles.

Le truc du rétrovirus était si pratique, en fait, qu'il est apparu de nombreuses fois au cours de l'évolution des vertébrés à mâchoires, selon l'équipe.

Les rétrovirus, également connus sous le nom de gènes sauteurs ou de rétrotransposons, sont des virus à ARN qui fabriquent des copies d'ADN d'eux-mêmes pour s'intégrer à l'ADN d'un hôte. Autrefois, les scientifiques considéraient les restes de virus anciens comme des déchets génétiques, mais cette impression change, déclare le neuroscientifique Jason Shepherd, qui n'a pas participé à l'étude.

"Nous constatons de plus en plus que ces rétrotransposons et rétrovirus ont influencé l'évolution de la vie sur la planète", déclare Shepherd, de l'École de médecine Spencer Fox Eccles de l'Université de l'Utah à Salt Lake City.

On savait déjà que les restes de rétrovirus avaient contribué à l'évolution du placenta, du système immunitaire et d'autres étapes importantes de l'évolution humaine (SN : 16/5/17). Maintenant, ils sont impliqués dans la production de myéline.

La myéline est un revêtement de graisse et de protéines qui enrobe de longues fibres nerveuses appelées axones. Le revêtement fonctionne un peu comme l'isolant autour d'un fil électrique : les nerfs enveloppés de myéline peuvent envoyer des signaux électriques plus rapidement que les nerfs non isolés.

Les fibres nerveuses revêtues peuvent également être plus minces et plus longues qu'elles ne le seraient sans isolation, ce qui permet aux animaux de grandir plus vite, explique Robin Franklin, biologiste des cellules souches à l'Altos Labs - Cambridge Institute of Science en Angleterre. De plus, dit-il, les fibres plus fines peuvent être rangées plus efficacement dans le système nerveux.

"Grâce à la myéline, les cerveaux sont devenus plus complexes et les vertébrés sont devenus plus diversifiés", explique Franklin. "Si la myélinisation ne s'était pas produite au début de l'évolution des vertébrés, nous n'aurions pas eu toute la diversité des vertébrés que nous voyons maintenant."

Franklin et ses collègues ont fouillé dans des données précédemment collectées à la recherche de preuves de gènes sauteurs, en particulier de ceux qui pourraient influencer la production de myéline. Ils ont trouvé la réponse dans les données sur les cellules qui enveloppent les nerfs de myéline : l'équipe a découvert des niveaux élevés d'ARN provenant d'un rétrovirus ancien.

Cet ARN, appelé RetroMyelin, ne contient pas d'instructions pour fabriquer lui-même une protéine. Au contraire, l'équipe a découvert que l'ARN se fixe à une protéine appelée SOX10, et ensemble, ils activent la production de protéine basique de la myéline, qui enrobe la myéline autour des cellules nerveuses.

Lorsque les chercheurs ont ensuite utilisé une astuce génétique pour réduire la quantité de RetroMyelin dans le cerveau des rats, des poissons zèbres et des grenouilles, la production de protéine basique de la myéline a diminué. Cette découverte suggère que l'ARN RetroMyelin est important pour la production de myéline.

D'autres rétrotransposons ont façonné l'évolution en créant de nouveaux interrupteurs dans les panneaux de contrôle génétique de certains gènes, ou en produisant de nouvelles versions de protéines qui régulent l'activité des gènes, explique Eirene Markenscoff-Papadimitriou, neuroscientifique du développement à l'Université Cornell, qui n'a pas participé à la recherche. Mais l'idée de produire de l'ARN pour influencer l'activité d'un gène est une nouvelle tactique. Cette découverte est "une démonstration très surprenante et importante... d'un nouveau type de processus de développement rendu possible par ces rétrovirus", dit-elle.

Les organismes vertébrés et à mâchoires, y compris les poissons, les amphibiens et les mammifères, possèdent RetroMyelin, mais les lamproies et autres poissons et invertébrés sans mâchoires ne l'ont pas. Bien que cela suggère que le rétrovirus ait sauté dans l'ancêtre commun des vertébrés à mâchoires, ce n'est pas le cas, semble-t-il.

L'équipe a découvert que chaque espèce étudiée avait sa propre version de RetroMyelin, plutôt que des versions apparentées avec quelques modifications mineures. Ce schéma suggère que le rétrovirus a infecté plusieurs espèces à des moments différents, mais a abouti au même résultat, un concept connu sous le nom d'évolution convergente (Science News : 6/9/13).

On ne sait pas pourquoi les lamproies et autres vertébrés sans mâchoires n'ont pas de RetroMyelin. Une possibilité est que les virus n'infectent pas les lamproies, dit Tanay Ghosh, co-auteur de l'étude et biologiste computationnel à Altos Labs. Ou bien les virus ont pu infecter les lamproies, mais n'ont pas été utiles sur le plan évolutif et ont été perdus.

Pour les vertébrés à mâchoires, Markenscoff-Papadimitriou explique que le fait d'avoir déjà en place la protéine basique de la myéline et d'autres composants nécessaires à la production de myéline a peut-être été important pour pouvoir profiter de RetroMyelin. "Nous sommes constamment infectés, et certains de ces [virus] confèrent un avantage évolutif". Les scientifiques constatent les succès dans lesquels RetroMyelin a probablement immédiatement donné un avantage à l'organisme hôte et a été conservé, dit-elle.

Usually, researchers are interested in genes and RNAs that produce proteins. They filter out noncoding RNAs — ones like RetroMyelin that don’t produce proteins, Markenscoff-Papadimitriou says. But, she notes, scientists are increasingly recognizing that noncoding RNAs also do important jobs (SN: 4/7/19). “This paper will be an inspiration to other developmental biologists to really mine their data to look for the retrotransposons.”