Antichi virus hanno contribuito all'evoluzione dei nervi veloci

Gli antichi virus ci hanno davvero messo i nervi a dura prova, ma nel miglior modo possibile.

Un particolare retrovirus - incorporato nel DNA dei vertebrati mandibolati - aiuta ad attivare la produzione di una proteina necessaria per isolare le fibre nervose, secondo quanto riportato dai ricercatori il 15 febbraio su "Cell". Tale isolamento, chiamato mielina, potrebbe aver contribuito a rendere possibili pensieri veloci e cervelli complessi.

Il trucco del retrovirus è stato così utile, infatti, che si è manifestato molte volte nell'evoluzione dei vertebrati con mandibola, hanno scoperto i ricercatori.

I retrovirus, noti anche come "geni saltellanti" o retrotrasposoni, sono virus a RNA che producono copie di DNA di se stessi per inserirsi nel DNA dell'ospite. Un tempo gli scienziati consideravano i resti di antichi virus come spazzatura genetica, ma impressione che sta cambiando, afferma il neuroscienziato Jason Shepherd, che non ha partecipato allo studio.

"Stiamo scoprendo sempre di più che questi retrotrasposoni e retrovirus hanno influenzato l'evoluzione della vita sul pianeta", dice Shepherd, dell'Università dello Utah Spencer Fox Eccles School of Medicine di Salt Lake City.

Si sapeva già che i resti di retrovirus avevano contribuito all'evoluzione della placenta, del sistema immunitario e di altre importanti tappe evolutive degli esseri umani. Adesso, si pensa che abbiano contribuito anche alla produzione di mielina.

La mielina è una guaina di grasso e proteine che avvolge le lunghe fibre nervose chiamate assi. La guaina funziona un po' come l'isolamento che circonda un filo elettrico: i nervi rivestiti di mielina possono inviare segnali elettrici più velocemente dei nervi non rivestiti.

Le fibre nervose rivestite possono anche essere più sottili e più lunghe di quanto non sarebbero senza isolamento, permettendo agli animali di crescere di più, afferma Robin Franklin, un biologo delle cellule staminali presso l'Altos Labs-Cambridge Institute of Science in Inghilterra. E, dice, le fibre più sottili possono essere inserite più efficientemente nel sistema nervoso.

"A causa della mielina, i cervelli sono diventati più complessi e i vertebrati sono diventati più diversi", dice Franklin. "Se la mielinizzazione non fosse avvenuta all'inizio dell'evoluzione dei vertebrati, non avremmo avuto l'intera galassia di diversità dei vertebrati che vediamo ora".

Franklin e i colleghi hanno cercato nelle precedenti raccolte di dati evidenze dei geni saltellanti, in particolare quelli che potrebbero influenzare la produzione di mielina. Hanno trovato l'oro nei dati sulle cellule che avvolgono i nervi con la mielina: il team ha trovato alti livelli di RNA di un antico retrovirus.

Quell'RNA, chiamato RetroMielina, non ha istruzioni per la produzione di una proteina in sé. Piuttosto, hanno scoperto i ricercatori, l'RNA si aggancia a una proteina chiamata SOX10 e insieme attivano la produzione di proteina di base della mielina, che avvolge la mielina attorno alle cellule nervose.

Quando i ricercatori hanno poi usato un trucco genetico per ridurre le quantità di RetroMielina nei cervelli di ratti, pesci pappagallo e rane, la produzione di proteina di base della mielina è diminuita. Questa scoperta suggerisce che l'RNA di RetroMielina è importante per la produzione di mielina.

Altri retrotrasposoni hanno plasmato l'evoluzione creando nuovi interruttori nei pannelli di controllo genetico di determinati geni o producendo nuove versioni di proteine che regolano l'attività dei geni, afferma Eirene Markenscoff-Papadimitriou, una neuroscienziata dello sviluppo presso la Cornell University che non ha partecipato alla ricerca. Ma produrre RNA per influenzare l'attività di un gene è un nuovo trucco. La scoperta è "una dimostrazione molto sorprendente e importante... di un nuovo tipo di processo di sviluppo reso possibile da questi retrovirus", afferma.

Gli organismi con vertebre e mascelle, tra cui pesci, anfibi e mammiferi, hanno RetroMielina, ma le lamprede e altri pesci senza mascelle e invertebrati non ce l'hanno. Sebbene questo sembrerebbe suggerire che il retrovirus si sia introdotto nell'antenato comune dei vertebrati mandibolati, questo non sembra essere il caso.

Il team ha scoperto che ogni specie che hanno esaminato aveva la propria versione di RetroMielina, anziché versioni correlate con qualche piccola modificazione. Questo pattern suggerisce che il retrovirus ha infettato diverse specie in tempi diversi ma ha dato lo stesso risultato, un concetto noto come convergenza evolutiva.

Non è chiaro perché le lamprede e gli altri vertebrati senza mascelle non abbiano RetroMielina. Una possibilità è che i virus non infettino le lamprede, dice Tanay Ghosh, coautore dello studio e biologo computazionale presso l'Altos Labs. Oppure potrebbe essere che i virus abbiano invaso le lamprede ma non siano stati utili evolutivamente e siano stati persi.

Per i vertebrati mandibolati, afferma Markenscoff-Papadimitriou, avere già in atto proteine di base della mielina e altri componenti necessari alla produzione di mielina potrebbe essere stato importante per sfruttare il RetroMielina. "Veniamo costantemente infettati, e alcuni di questi [virus] conferiscono vantaggio evolutivo". Gli scienziati stanno vedendo casi di successo in cui il RetroMielina probabilmente ha immediatamente dato un vantaggio all'organismo ospite ed è stato mantenuto, dice.

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.”