Dobbiamo la vita a virus del Cambriano: il materiale genetico virale di 500 milioni di anni fa parte del nostro Dna

La scoperta

Dobbiamo la vita a virus del Cambriano: il materiale genetico virale di 500 milioni di anni fa parte del nostro Dna

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Immagine: Stephen Pates​​, Rudy Lerosey-Aubril​​, Allison C. Daley, Carlo Kier, Enrico Bonino, Javier Ortega-Hernández, CC BY 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by/4.0>, via Wikimedia Commons
di redazione
Almeno l’8% del genoma umano è costituito da materiale genetico di alcuni virus risalenti a centinaia di milioni di anni fa. Si pensava fosse “Dna spazzatura” e ora si scopre che è tutt’altro che inutile. Quei virus regolano il passaggio delle cellule embrionali dalla totipotenza alla pluripotenza

Non tutti i virus vengono per nuocere. Lo si può affermare di alcuni virus di un passato molto lontano che, come è emerso da uno studio pubblicato su Science Advances, nel tempo si sono integrati nel nostro Dna diventando determinanti per la nostra stessa esistenza.  Infatti quei microorganismi risalenti a centinaia di milioni di anni fa, ora chiamati “retrovirus endogeni”, hanno un ruolo chiave nello sviluppo embrionale umano. Più precisamente: i ricercatori del Spanish National Cancer Research Centre (Cnio) hanno scoperto che il materiale genetico dei virus che hanno infettato i primi organismi viventi, che rappresenta oggi una percentuale pari ad almeno l’8 - 10 per cento del genoma umano, è responsabile del processo che si avvia poche ore dopo la fecondazione, ossia la divisione cellulare dell’ovocita che passa da due a quattro cellule. È lo stadio cruciale della vita in cui le cellule dell’embrione smettono di essere totipotenti (capaci di dare origine a tutte le cellule di ogni tessuto) e diventano pluripotenti: le quattro cellule originate dalla divisione cellulare infatti possono differenziarsi nelle cellule di tessuti specifici dell’organismo. 

Si scopre così che quella parte del Dna definita finora “Dna spazzatura” è tutt’altro che inutile dato che è alla guida di un passaggio chiave dello sviluppo embrionale. 

«Fino a poco tempo fa, questi resti virali erano considerati “Dna spazzatura”, materiale genetico inutilizzabile o addirittura dannoso. Intuitivamente, si pensava che avere dei virus nel genoma non potesse essere una cosa buona. Tuttavia, negli ultimi anni ci siamo accorti che questi retrovirus, che si sono co-evoluti con noi nel corso di milioni di anni, hanno funzioni importanti, come la regolazione di altri geni. È un campo di ricerca estremamente vivace», commenta Sergio de la Rosa, principale autore dello studio. 

I ricercatori hanno ricostruito il compito preciso dei i retrovirus endogeni nel passaggio dalla totipotenza alla pluripotenza: il loro ruolo è quello di dettare il ritmo allo sviluppo embrionale. Nel meccanismo è coinvolto il gene URI che ha la funzione di rendere attive alcune molecole essenziali per  rendere le cellule pluripotenti. Quando URI viene disattivato, come dimostrano esperimenti sui topi, le cellule restano totipotenti e l’embrione non si sviluppa. Ebbene, a modulare l’azione del gene URI è una proteina dei retrovirus endogeni, chiamata Marvl-gag. 

Questa proteina, come farebbe un direttore d’orchestra, indica al gene URI il momento giusto per entrare in azione. Durante la fase di totipotenza, quando ci sono solo due cellule nell'ovocita, l'espressione della proteina virale MERVL-gag è elevata. In questo stadio di sviluppo dell’embrione la proteina si lega al gene URI impedendogli di agire. Quando i livelli della proteina virale scendono il gene entra in attività e appare la pluripotenza.

L’intero processo avviene in maniera estremamente graduale. 

«In altre parole, la relazione tra la proteina virale, il gene URI e i fattori di pluripotenza è finemente modulata, per concedere all'embrione il tempo necessario a regolare e coordinare la transizione graduale dalla totipotenza alla pluripotenza e la differenziazione cellulare durante lo sviluppo embrionale», spiega Nabil Djouder, autore senior dello studio. 

È altamente probabile che il materiale genetico dei virus endogeni sia entrato molto presto nel percorso di evoluzione degli esseri viventi integrandosi già nel genoma degli organismi che diedero il via alla cosiddetta “esplosione del Cambriano”, il periodo risalente a 500 milioni di anni fa anche noto come Big Bang biologico caratterizzato da un boom di biodiversità con l’improvvisa comparsa di una miriade di organismi complessi diversi tra loro. Passando di specie in specie, poi, i virus del Cambriano sono arrivati fino a noi finendo per far parte del nostro Dna, con un ruolo non di poco conto. 

La nuova ricerca potrebbe avere importanti sviluppi nel campo della medicina rigenerativa.