Los retrovirus antiguos jugaron un papel clave en la evolución de los cerebros de los vertebrados

Si hace menos de un mes un equipo de investigadores del CNIO publicaba que un virus que infectó a los primeros animales hace cientos de millones de años es hoy indispensable para el desarrollo del embrión, ahora la revista "Cell" publica un artículo según el cual los virus antiguos pueden ser los responsables de la mielina y, por extensión, de nuestros cerebros grandes y complejos.

El equipo descubrió que un elemento genético derivado de retrovirus o "retrotransposón" es esencial para la producción de mielina en mamíferos, anfibios y peces. La secuencia genética, que denominaron "Reromielina", es probablemente el resultado de una infección viral antigua, y las comparaciones de retromielina en mamíferos, anfibios y peces sugieren que la infección retroviral y los eventos de invasión del genoma ocurrieron por separado en cada uno de estos grupos.

"Los retrovirus fueron necesarios para que despegara la evolución de los vertebrados", afirma en un comunicado el neurocientífico Robin Franklin, del Altos Labs-Cambridge Institute of Science, y el autor principal del estudio.

"Si no tuviéramos retrovirus pegando sus secuencias en el genoma de los vertebrados, entonces la mielinización no habría ocurrido, y sin mielinización, toda la diversidad de vertebrados tal y como la conocemos nunca habría sucedido", añade.

La mielina es un tejido graso complejo que envuelve los axones nerviosos de los vertebrados.

Permite una conducción rápida de impulsos sin necesidad de aumentar el diámetro axonal, lo que significa que los nervios pueden agruparse más juntos.

También proporciona apoyo metabólico a los nervios, lo que significa que los nervios pueden durar más.

La mielina apareció por primera vez en el árbol de la vida aproximadamente al mismo tiempo que las mandíbulas, y su importancia en la evolución de los vertebrados se reconoce desde hace mucho tiempo, pero hasta ahora no estaba claro qué mecanismos moleculares desencadenaron su aparición.

Los investigadores notaron el papel de "retromielina" en la producción de mielina cuando examinaban las redes genéticas utilizadas por los oligodendrocitos, las células que producen mielina en el sistema nervioso central.

En concreto, el equipo estaba investigando el papel de las regiones no codificantes, incluidos los retrotransposones, en estas redes genéticas, algo que no se había explorado previamente en el contexto de la biología de la mielina.

"Los retrotransposones componen alrededor del 40% de nuestros genomas, pero no se sabe nada sobre cómo podrían haber ayudado a los animales a adquirir características específicas durante la evolución", explica el primer autor Tanay Ghosh, biólogo computacional del Altos Labs-Cambridge Institute of Science.

"Nuestra motivación -prosigue- era saber cómo estas moléculas están ayudando a los procesos evolutivos, específicamente en el contexto de la mielinización".

Para ello, los investigadores descubrieron en ratones que la transcripción de ARN de retromielina regula la expresión de la proteína básica de mielina, uno de los componentes clave de la mielina. Cuando inhibieron experimentalmente la retromielina en oligodendrocitos y células progenitoras de oligodendrocitos (las células madre de las que se derivan los oligodendrocitos), las células ya no pudieron producir la proteína básica de mielina.

Para examinar si la retromielina está presente en otras especies de vertebrados, el equipo de investigadores buscó secuencias similares en los genomas de vertebrados con mandíbulas, vertebrados sin mandíbulas y varias especies de invertebrados.

Identificaron secuencias análogas en todas las demás clases de vertebrados con mandíbulas (aves, peces, reptiles y anfibios), pero no encontraron una secuencia similar en vertebrados o invertebrados sin mandíbulas.

A continuación, los investigadores querían saber si la retromielina se incorporó alguna vez al ancestro de todos los vertebrados con mandíbulas o si hubo invasiones retrovirales separadas en las diferentes ramas.

Para responder a estas preguntas, construyeron un árbol filogenético a partir de 22 especies de vertebrados con mandíbulas y compararon sus secuencias de retromielina.

El análisis reveló que las secuencias de retromielina eran más similares dentro de las especies que entre especies, lo que sugiere que la retromielina se adquirió varias veces a través del proceso de evolución.

El equipo también demostró que la retromielina desempeña un papel funcional en la mielinización en peces y anfibios. Cuando alteraron experimentalmente la secuencia del gen retromielina en los huevos fertilizados de pez cebra y ranas, descubrieron que los peces y renacuajos en desarrollo producían significativamente menos mielina de lo habitual.

Los investigadores afirman que el estudio destaca la importancia de las regiones no codificantes del genoma para la fisiología y la evolución. "Nuestros hallazgos abren una nueva vía de investigación para explorar cómo los retrovirus participan de manera más general en la dirección de la evolución", dice Ghosh.