Hoe vervelend we virussen tegenwoordig ook vinden, we mogen ze wel dankbaar zijn, want alle dieren zijn ontstaan doordat bepaalde virussen honderden miljoenen jaren geleden primitieve organismen infecteerden. En tegenwoordig zit het virale genetisch materiaal nog steeds in ons DNA. Sterker nog, het is cruciaal voor de ontwikkeling van een embryo.
In de eerste uren na de bevruchting zijn deze stokoude virussen nodig voor de deling van de eicel van twee naar vier cellen, oftewel van totipotentie naar pluripotentie, ontdekten onderzoekers van het CNIO (het Spaanse nationale kankeronderzoekscentrum). Dat is meer dan een interessant gegeven: het maakt de weg vrij voor de ontwikkeling van bepaalde medicijnen en voor kunstmatige embryo’s.
Bij totipotentie kan één enkele stamcel door zich te delen alle cellen vormen die een dier of mens bezit, waaronder ook extra-embryonaal weefsel, zoals de placenta. Gaat het vroege embryo van twee naar vier cellen, dan wordt het pluripotent. Dat wil zeggen dat het nog steeds alle cellen kan vormen, maar dan zonder extra-embryonaal weefsel.
Drijvende kracht
Zogenoemde endogene retrovirussen zijn mogelijk de drijvende kracht geweest achter de Cambrische explosie, een periode waarin er ongelooflijk veel en divers leven ontstond in de oceanen, zo’n 500 miljoen jaar geleden. Endogene retrovirussen zijn overblijfselen van eerdere infecties die gedurende de evolutie hebben plaatsgevonden en waarbij het virus is geïntegreerd in het genoom van organismen. In de afgelopen jaren is ontdekt dat nog altijd 8 tot 10 procent van het menselijk DNA bestaat uit resten van die retrovirussen.
Toch geen junk DNA
“Tot voor kort werden deze overblijfselen van virussen beschouwd als ‘junk DNA’, genetisch materiaal dat nutteloos maar onschadelijk is”, legt onderzoeker Sergio De la Rosa uit. “Al dachten we intuïtief dat het niet goed kon zijn om virussen in het genoom te hebben. Pas de laatste jaren beginnen we ons echter te realiseren dat retrovirussen, die zich over miljoenen jaren met ons mee ontwikkeld hebben, belangrijke functies hebben, zoals het reguleren van andere genen.”
Nu blijkt dat ze dus ook een cruciale rol spelen in de embryo-ontwikkeling, meer specifiek gaat het om het MERVL-retrovirus (murine endogenous retrovirus-L) die het tempo bepaalt van de embryo-ontwikkeling, vooral tijdens de stap van twee naar vier cellen. Duidelijk is nu ook welk mechanisme ervoor zorgt dat dit gebeurt.
URI en MERVL
“Het is een totaal nieuwe rol voor endogene retrovirussen”, zegt Djouder. “We ontdekten een nieuw mechanisme dat verklaart hoe een endogeen retrovirus direct invloed heeft op pluripotentiefactoren.” Dat heeft namelijk te maken met het URI-gen, een gen dat de onderzoekers al jaren diepgaand onderzoeken. Eerder al is ontdekt dat als URI wordt verwijderd bij laboratoriumdieren, de embryo’s zich niet eens gaan ontwikkelen. Hoe dat kon, was een raadsel. Tot nu: het MERVL-retrovirus blijkt de schuldige te zijn.
Een van de functies van URI is om de moleculen die nodig zijn voor pluripotentie te activeren. Als URI niet in actie komt, doen de pluripotentiefactoren dat ook niet en blijven de cellen in een staat van totipotentie. De onderzoekers ontdekten dat de expressie van een specifiek viraal eiwit van MERVL hoog is in de fase dat er nog maar twee cellen in de eicel zijn. Maar dat verandert langzaam, zodat de hoeveelheid van het MERVL-eiwit daalt en URI in actie kan komen. Het gevolg: de twee cellen worden er vier.
“Het is een soepele transitie. Als er een hoge expressie is van het virale eiwit, zijn er minder pluripotentie-factoren, als het afneemt, stabiliseert URI deze factoren”, legt De la Rosa uit.
Symbiose
“Onze bevindingen onthullen een symbiotische co-evolutie van endogene retrovirussen met hun cellen om zo een soepele en tijdige ontwikkeling te garanderen van het vroege embryo”, leggen de auteurs uit.
Met andere woorden: de driehoeksverhouding tussen het retrovirus, URI en pluripotentiefactoren is nauwkeurig geregeld, zodat “het embryo voldoende tijd heeft om zich aan te passen en een soepele transitie tot stand te brengen van totipotentie naar pluripotentie”, besluit Djouder.
