Il virus che ha infettato i primi animali centinaia di milioni di anni fa è essenziale per lo sviluppo degli embrioni.

Secondo i ricercatori del CNIO, i retrovirus endogeni svolgono un ruolo cruciale nello sviluppo embrionale, in particolare nella transizione dalla totipotenza alla pluripotenza. Questa scoperta mette in discussione la precedente comprensione del “DNA spazzatura” e fornisce nuove informazioni sulla connessione simbiotica tra i geni virali e lo sviluppo embrionale iniziale, che potrebbe avere implicazioni per la medicina rigenerativa. Credito: SciTechDaily.com

L'evoluzione di tutti gli animali è stata influenzata da virus specifici che infettarono gli organismi primitivi centinaia di milioni di anni fa. Questo materiale genetico virale è stato incorporato nel genoma dei primi organismi multicellulari e continua ad esistere nel nostro DNA. Per la prima volta, i ricercatori del CNIO (Centro nazionale spagnolo per la ricerca sul cancro) hanno dettagliato il ruolo che questi virus svolgono in un processo cruciale per il nostro sviluppo, che avviene poche ore dopo la fecondazione: il passaggio alla pluripotenza quando l'ovocita passa da due a quattro cellule.

Prima di questa transizione, ciascuna delle due cellule dell'embrione è totipotente, il che significa che potrebbe svilupparsi in un organismo indipendente; le quattro cellule dello stadio successivo non sono totipotenti ma pluripotenti, poiché possono differenziarsi in qualsiasi tessuto specializzato del corpo.

La scoperta, fatta da Sergio de la Rosa e Nabil Djouder, è vitale per la medicina rigenerativa e la creazione di embrioni artificiali. Suggerisce nuovi modi per generare linee cellulari stabili nelle fasi di totipotenza. I ricercatori fanno parte del gruppo Fattori di crescita, nutrienti e cancro del CNIO, guidato da Djouder.

Il materiale genetico dei cosiddetti "retrovirus endogeni" è stato integrato nei genomi degli organismi che potrebbero influenzare l'esplosione del Cambriano, un periodo di significativo aumento della biodiversità nei mari del mondo oltre 500 milioni di anni fa. Questo materiale genetico virale costituisce almeno l'8-10% del genoma umano.

"Questi resti virali erano precedentemente visti come 'DNA spazzatura', materiale genetico inutile o addirittura dannoso", afferma De la Rosa. Ricerche recenti suggeriscono che questi retrovirus, che si sono evoluti insieme a noi nel corso di milioni di anni, svolgono ruoli significativi, come la regolazione genetica. È un campo di studio in rapido sviluppo."

Nabil Djouder, leader del gruppo Fattori di crescita, nutrienti e cancro del CNIO. Crediti: Antonio Tabernero/CNIO

I ricercatori hanno pubblicato le loro scoperte su Science Advances, rivelando che il retrovirus endogeno MERVL svolge un ruolo cruciale nello sviluppo embrionale, in particolare nella transizione dalla totipotenza alla pluripotenza, e rivela il meccanismo alla base di questo processo.

"Abbiamo identificato un nuovo ruolo per i retrovirus endogeni", afferma Djouder. "Abbiamo trovato un nuovo processo che dimostra come un retrovirus endogeno regola direttamente i fattori di pluripotenza."

Questo nuovo meccanismo coinvolge l'URI, un focus di ricerca del gruppo di Djouder. In precedenza si era scoperto che la rimozione dell'URI negli animali da laboratorio impediva lo sviluppo embrionale. De la Rosa ha scoperto la sua connessione con il retrovirus MERVL durante la ricerca sul perché ciò si è verificato.

Lo studio mostra che l'URI facilita le molecole vitali per raggiungere la pluripotenza; se l'URI è inattivo, anche i fattori di pluripotenza rimangono inattivi, lasciando la cellula in uno stato di totipotenza. Inaspettatamente, la molecola che controlla l'azione dell'URI è una proteina endogena del retrovirus, MERVL-gag.

Nella fase di totipotenza, con l'ovocita costituito da sole due cellule, l'espressione della proteina virale MERVL-gag è elevata. Questa proteina si lega all'URI, impedendone l'azione. Man mano che i livelli di questa proteina virale diminuiscono gradualmente, l’URI può agire, portando alla pluripotenza.

De la Rosa spiega: "È una transizione graduale. Un'elevata espressione di proteine virali si traduce in un minor numero di fattori di pluripotenza; quando l'espressione di ERV diminuisce, l'URI stabilizza questi fattori".

Come affermato dagli autori in Science Advances, "I nostri risultati dimostrano la coevoluzione simbiotica dei retrovirus endogeni con le loro cellule ospiti, garantendo una progressione regolare e tempestiva dello sviluppo embrionale iniziale".

In altre parole, la proteina virale, l'URI e i fattori di pluripotenza interagiscono delicatamente, "fornendo abbastanza tempo all'embrione per adattarsi e coordinare la transizione senza problemi dalla totipotenza alla pluripotenza e la specificazione del lignaggio cellulare durante lo sviluppo embrionale", conclude Djouder.