Naukowcy donoszą 15 lutego w czasopiśmie Cell, że starożytne wirusy mogą zawdzięczać mielinie – a co za tym idzie – naszemu dużemu, złożonemu mózgowi. Zespół odkrył, że element genetyczny pochodzący z retrowirusa, zwany „retrotranspozonem”, jest niezbędny do produkcji mieliny u ssaków, płazów i ryb. Sekwencja genu, którą nazwali „RetroMieliną”, jest prawdopodobnie wynikiem starożytnej infekcji wirusowej, a porównania RetroMieliny u ssaków, płazów i ryb sugerują, że infekcja retrowirusowa i inwazja genomu występowały oddzielnie w każdej z tych grup.
„Do rozpoczęcia ewolucji kręgowców potrzebne były retrowirusy” – mówi starszy autor i neurobiolog Robin Franklin z Altos Labs-Cambridge Institute of Science. „Gdybyśmy nie mieli retrowirusów wstawiających swoje sekwencje do genomu kręgowców, mielinizacja nie miałaby miejsca, a bez mielinizacji cała różnorodność kręgowców, jaką znamy, nigdy by nie zaistniała”.
Mielina to złożona tkanka tłuszczowa, która osłania aksony nerwów kręgowców. Umożliwia szybkie przewodzenie impulsów bez konieczności zwiększania średnicy aksonów, co oznacza, że nerwy mogą być upakowane bliżej siebie. Zapewnia także wsparcie metaboliczne nerwom, co oznacza, że nerwy mogą być dłuższe. Mielina pojawiła się po raz pierwszy na drzewie życia mniej więcej w tym samym czasie co szczęki, a jej znaczenie w ewolucji kręgowców było od dawna doceniane, ale do tej pory nie było jasne, jakie mechanizmy molekularne spowodowały jej pojawienie się.
Naukowcy zauważyli rolę RetroMyelin w produkcji mieliny, badając sieci genów wykorzystywane przez oligodendrocyty, komórki wytwarzające mielinę w ośrodkowym układzie nerwowym. W szczególności zespół badał rolę regionów niekodujących, w tym retrotranspozonów, w tych sieciach genów – coś, czego nie badano wcześniej w kontekście biologii mieliny.
„Retrotranspozony stanowią około 40% naszych genomów, ale nic nie wiadomo na temat tego, w jaki sposób mogły pomóc zwierzętom w nabyciu określonych cech w trakcie ewolucji” – mówi pierwsza autorka Tanay Ghosh, biolog obliczeniowy w Altos Labs-Cambridge Institute of Science. „Naszą motywacją była wiedza, w jaki sposób te cząsteczki wspomagają procesy ewolucyjne, szczególnie w kontekście mielinizacji”.
U gryzoni naukowcy odkryli, że transkrypt RNA RetroMyelin reguluje ekspresję zasadowego białka mieliny, jednego z kluczowych składników mieliny. Kiedy eksperymentalnie hamowali Retromielinę w oligodendrocytach i komórkach progenitorowych oligodendrocytów (komórkach macierzystych, z których pochodzą oligodendrocyty), komórki te nie były już w stanie wytwarzać zasadowego białka mieliny.
Aby sprawdzić, czy Retromielina występuje u innych gatunków kręgowców, zespół poszukiwał podobnych sekwencji w genomach kręgowców szczękowych, kręgowców bezszczękowych i kilku gatunków bezkręgowców. Zidentyfikowali analogiczne sekwencje u wszystkich innych klas kręgowców szczękowych (ptaków, ryb, gadów i płazów), ale nie znaleźli podobnej sekwencji u kręgowców i bezkręgowców bezszczękowych.
„Istniało ewolucyjne dążenie do przyspieszenia przewodzenia impulsów w naszych aksonach, ponieważ szybsze przewodzenie impulsów oznacza, że można szybciej łapać rzeczy lub przed nimi uciekać” – mówi Franklin.
Następnie badacze chcieli wiedzieć, czy RetroMyelin został raz włączony do przodka wszystkich kręgowców szczękowych, czy też miały miejsce oddzielne inwazje retrowirusów w różnych gałęziach. Aby odpowiedzieć na te pytania, skonstruowali drzewo filogenetyczne z 22 gatunków kręgowców szczękowych i porównali ich sekwencje Retromieliny. Analiza wykazała, że sekwencje RetroMieliny były bardziej podobne w obrębie jednego gatunku niż między gatunkami, co sugeruje, że RetroMielina została nabyta wielokrotnie w procesie zbieżnej ewolucji.
Zespół wykazał również, że RetroMyelin odgrywa funkcjonalną rolę w mielinizacji u ryb i płazów. Kiedy eksperymentalnie przerwali sekwencję genu RetroMieliny w zapłodnionych jajach danio pręgowanego i żab, odkryli, że rozwijające się ryby i kijanki wytwarzały znacznie mniej mieliny niż zwykle.
Badanie podkreśla znaczenie niekodujących regionów genomu dla fizjologii i ewolucji – twierdzą naukowcy. „Nasze odkrycia otwierają nowy kierunek badań pozwalający zbadać, w jaki sposób retrowirusy są bardziej ogólnie zaangażowane w kierowanie ewolucją” – mówi Ghosh.