Investigadores da Universidade de Cambridge e outros centros de Reino Unido e Francia informan esta semana na revista Cell de que antigos virus poden ser os responsables da mielina e, por extensión, dos nosos grandes e complexos cerebros.
A mielina é unha capa graxa complexa que recubre as fibras ou axóns nerviosos dos vertebrados. Permite unha rápida condución dos impulsos sen necesidade de aumentar o diámetro axonal, o que implica que os nervios poden estar máis xuntos. Tamén proporciona apoio metabólico aos nervios, polo que poden ser máis longos.
Esta substancia graxa envolvente apareceu por primeira vez na árbore da vida máis ou menos ao mesmo tempo que as mandíbulas, e a súa importancia na evolución dos vertebrados recoñécese desde hai tempo, pero ata este estudo non estaba claro que mecanismos moleculares desencadearon a súa aparición.
Os autores descubriron que un elemento xenético ou ‘retrotransposón‘ derivado dun retrovirus [un virus ARN] é esencial para a produción desta mielina nos vertebrados mandibulados. A secuencia xenética, á que denominaron “retromielina”, é probablemente o resultado dunha antiga infección vírica e da invasión do xenoma en peixes, anfibios e mamíferos, os tres grupos que investigaron.
“Cando un retrovirus infecta a un animal, insere o seu material xenético no xenoma do hóspede e utiliza a maquinaria deste para producir novas partículas virais na célula hóspede: isto forma parte do ciclo vital do retrovirus”, explica a SINC o primeiro autor, Tanay Ghosh, biólogo computacional da compañía Altos Labs e da Universidade de Cambridge.
“Pero durante un longo período de tempo durante a evolución, parte do material xenético viral desapareceu dos nosos corpos, ou ben as nosas células conservárono porque lles proporcionaba beneficios específicos. Por exemplo, estas secuencias poderían axudar as nosas células para realizar tarefas importantes de forma máis eficiente”, continúa o investigador.
Estudar xenes dos oligodendrocitos
Os investigadores decatáronse do papel da retromielina na produción de mielina cando examinaban as redes de xenes que utilizan os oligodendrocitos, as células que producen esta substancia no sistema nervioso central para rodear e protexer os axóns. En concreto, investigaban o papel das rexións non codificantes, como os retrotransposóns.
“Estes retrotransposóns constitúen ao redor do 40% dos nosos xenomas, pero non se sabe nada sobre como axudaron os animais a adquirir características específicas durante a evolución”, apunta Ghosh, “e a nosa motivación era saber como colaboran estas moléculas aos procesos evolutivos, concretamente no contexto da mielinización”.
En roedores, os autores descubriron que a retromielina únese a un factor de transcrición chamado SOX10 para regular a expresión da proteína básica da mielina (Mbp, polas súas siglas en inglés), un da compoñentes clave desta substancia graxa.
De feito, cando inhibiron experimentalmente a retromielina en oligodendrocitos e as súas células proxenitoras (células nai das que derivan os oligodendrocitos), estes deixaron de producir Mbp. “Demostramos a unión de SOX10 á retromielina en ratas, pero non hai ningunha razón para pensar que este mecanismo non sexa válido en todas as especies”, subliña Ghosh.
Outro dos autores, o neurocientífico Robin Franklin, tamén de Altos Labs e Cambridge, contextualiza a importancia do achado: “Os retrovirus foron necesarios para que despegase a evolución dos vertebrados. Se non tiveramos retrovirus pegando as súas secuencias no xenoma dos vertebrados, a mielinización non se produciría, e sen ela, toda a diversidade de vertebrados tal e como a coñecemos nunca sucedería”.
Para pescudar se a retromielina está presente noutras especies de vertebrados, o equipo buscou secuencias similares nos xenomas deste tipo de animais con e sen mandíbula, así como en varios invertebrados.
Secuencias nos vertebrados mandibulados
Así identificaron secuencias análogas en todos os demais vertebrados mandibulados (aves, peixes, réptiles, anfibios e peces cartilaxinosos), pero non atoparon unha secuencia similar nos vertebrados sen mandíbula (como as lampreas) nin nos invertebrados.
“Houbo un empuxe evolutivo para acelerar a condución dos impulsos dos nosos axóns, porque ao ir máis rápido significa que podes atrapar cousas ou fuxir delas a maior velocidade”, indica Franklin.
A continuación, os investigadores quixeron saber se esta antiga secuencia derivada dos virus incorporouse unha soa vez ao devanceiro de todos os vertebrados con mandíbula ou se houbo invasións retrovirais separadas nas distintas ramas.
Para responder a esta pregunta, construíron unha árbore filoxenética a partir de 22 especies de vertebrados mandibulados e a análise das súas secuencias de retromielina revelou que esta adquiriuse múltiples veces a través dun proceso de evolución converxente.
“A primeira vista, a hipótese dunha invasión ancestral parece intuitiva, pero nese caso as copias de secuencias de retromielina procedentes do devanceiro distribuiríanse por igual entre as distintas especies, cun patrón mesturado, pero non observamos iso, senón unha gran similitude dentro das especies individuais, con agrupacións únicas na árbore de secuencias”, detalla Ghost.
“Por tanto, isto indica que a retromielina incorporouse a través de eventos de invasión múltiples e distintos. A súa adquisición probablemente foi o resultado de invasións independentes de retrovirus similares nas formas primitivas de diferentes especies, e non dunha raíz ancestral compartida”, engade.
Experimentos con peces e anfibios
O equipo tamén demostrou que esta antiga secuencia de orixe vírica desempeña un papel funcional na mielinización de peixes e anfibios. Cando alteraron experimentalmente o xene da retromielina en ovos fecundados de peixes cebra e ras, descubriron que estes peixes e cágados en desenvolvemento producían unha cantidade de mielina significativamente inferior á habitual.
O estudo pon de relevo a importancia que teñen rexións non codificantes do xenoma como esta para a fisioloxía e a evolución animal, afirman os autores. Segundo Ghost, “estes achados abren unha nova vía de investigación para explorar como os retrovirus interveñen de forma máis xeral na dirección da evolución”.
Referencia: A retroviral link to vertebrate myelination through retrotransposon RNA mediated control of myelin gene expression (Publicado en Cell)
