Un virus qui a infecté les premiers animaux il y a des centaines de millions d'années est essentiel au développement embryonnaire.

Les rétrovirus endogènes jouent un rôle crucial dans le développement embryonnaire, notamment dans le passage de la totipotence à la pluripotence, selon les chercheurs du CNIO. Cette découverte remet en question la compréhension antérieure de « l’ADN indésirable » et fournit de nouvelles informations sur le lien symbiotique entre les gènes viraux et le développement embryonnaire précoce, ce qui pourrait avoir des implications pour la médecine régénérative. Crédit : SciTechDaily.com

L’évolution de tous les animaux a été influencée par des virus spécifiques qui ont infecté des organismes primitifs il y a des centaines de millions d’années. Ce matériel génétique viral a été incorporé au génome des premiers organismes multicellulaires et continue d’exister dans notre ADN. Pour la première fois, des chercheurs du CNIO (Centre National Espagnol de Recherche sur le Cancer) ont détaillé le rôle que jouent ces virus dans un processus crucial de notre développement, qui se produit quelques heures après la fécondation : le passage à la pluripotence lorsque l'ovocyte passe de deux à quatre cellules.

Avant cette transition, chacune des deux cellules de l’embryon est totipotente, ce qui signifie qu’elle pourrait se développer en un organisme indépendant ; les quatre cellules de l'étape suivante ne sont pas totipotentes mais pluripotentes, car elles peuvent se différencier en n'importe quel tissu spécialisé du corps.

La découverte, réalisée par Sergio de la Rosa et Nabil Djouder, est vitale pour la médecine régénérative et la création d'embryons artificiels. Cela suggère de nouvelles façons de générer des lignées cellulaires stables dans les phases de totipotence. Les chercheurs font partie du groupe Facteurs de croissance, nutriments et cancer du CNIO, dirigé par Djouder.

Le matériel génétique des « rétrovirus endogènes » s'est intégré dans le génome d'organismes, ce qui a peut-être influencé l'explosion cambrienne, une période d'augmentation significative de la biodiversité dans les mers du monde il y a plus de 500 millions d'années. Ce matériel génétique viral constitue au moins 8 à 10 % du génome humain.

"Ces restes viraux étaient auparavant considérés comme de l'"ADN indésirable", du matériel génétique inutile, voire nuisible", explique De la Rosa. Des recherches récentes suggèrent que ces rétrovirus, qui ont coévolué avec nous pendant des millions d'années, jouent des rôles importants, tels que la régulation des gènes. C'est un domaine d'études qui se développe rapidement. »

Nabil Djouder, responsable du groupe Facteurs de croissance, nutriments et cancer au CNIO. Crédit : Antonio Tabernero / CNIO

Les chercheurs ont publié leurs découvertes dans Science Advances, révélant que le rétrovirus endogène MERVL joue un rôle crucial dans le développement embryonnaire, en particulier dans la transition de la totipotence à la pluripotence, et révèlent le mécanisme derrière ce processus.

"Nous avons identifié un nouveau rôle pour les rétrovirus endogènes", explique Djouder. "Nous avons découvert un nouveau processus qui démontre comment un rétrovirus endogène régule directement les facteurs de pluripotence."

Ce nouveau mécanisme implique l'URI, un axe de recherche du groupe de Djouder. Il a été constaté précédemment que la suppression de l’URI chez les animaux de laboratoire empêchait le développement embryonnaire. De la Rosa a découvert son lien avec le rétrovirus MERVL en recherchant pourquoi cela s'est produit.

L'étude montre que l'URI facilite la production de molécules vitales pour atteindre la pluripotence ; si l'URI est inactif, les facteurs de pluripotence restent également inactifs, laissant la cellule dans un état de totipotence. De manière inattendue, la molécule contrôlant l’action de l’URI est une protéine de rétrovirus endogène, MERVL-gag.

Au stade de totipotence, l’ovocyte étant constitué de seulement deux cellules, l’expression de la protéine virale MERVL-gag est élevée. Cette protéine se lie à l'URI, empêchant son action. À mesure que les niveaux de cette protéine virale diminuent progressivement, l’URI peut agir, conduisant à la pluripotence.

De la Rosa explique : « C'est une transition en douceur. Une expression élevée de protéines virales entraîne moins de facteurs de pluripotence ; à mesure que l'expression de l'ERV diminue, l'URI stabilise ces facteurs. »

Comme l'indiquent les auteurs de Science Advances, "nos résultats démontrent la coévolution symbiotique des rétrovirus endogènes avec leurs cellules hôtes, garantissant une progression douce et rapide du développement embryonnaire précoce."

En d’autres termes, la protéine virale, l’URI et les facteurs de pluripotence interagissent délicatement, « donnant suffisamment de temps à l’embryon pour s’ajuster et coordonner la transition sans problème de la totipotence à la pluripotence et à la spécification de la lignée cellulaire au cours du développement embryonnaire », conclut Djouder.