Introduction
L'évolution et la transgénèse sont des sujets fascinants qui se croisent parfois de manière spectaculaire. La découverte récente du rôle des protéines virales placentaires en est un parfait exemple. Cet article explore comment ces protéines, issues de rétrovirus endogènes, sont devenues essentielles à la reproduction chez les mammifères, illustrant ainsi l'impact positif que les virus peuvent avoir sur l'évolution.
Rétrovirus : Des acteurs clés de l'évolution
Les rétrovirus sont une famille de virus capables d'intégrer leur génome dans les chromosomes des cellules qu'ils infectent, réalisant ainsi une transgénèse spontanée. Le VIH, responsable du SIDA, est l'exemple le plus connu, mais il existe de nombreuses autres sous-familles de rétrovirus, infectant toutes les espèces connues, animales et végétales. Certains rétrovirus sont exogènes et infectieux, tandis que d'autres sont endogènes, c'est-à-dire intégrés dans le génome de l'hôte et généralement inactifs.
Rétrovirus exogènes et endogènes
Les rétrovirus exogènes, pour se multiplier, doivent intégrer leur génome dans les chromosomes des cellules qu’ils infectent. Les rétrovirus endogènes, quant à eux, sont présents dans toutes les espèces étudiées, intégrés dans toutes les cellules, y compris les cellules germinales. Ils ressemblent aux rétrovirus exogènes, mais sont inactifs et non pathogènes.
Origine et importance des rétrovirus endogènes
L'hypothèse la plus courante est que les rétrovirus endogènes proviennent d'infections anciennes par des rétrovirus exogènes. Si les cellules germinales sont infectées, le génome viral peut s'intégrer à leurs chromosomes et être transmis aux générations suivantes. Avec le temps, ces rétrovirus endogènes peuvent devenir défectueux à cause de mutations, les rendant inactifs mais toujours présents dans le génome de l'hôte. Il est surprenant de constater que ces rétrovirus endogènes représentent environ 8 % de notre génome, ce qui est quatre fois plus que la fraction d'ADN codant pour les protéines nécessaires à notre organisme.
Rôle des rétrovirus endogènes dans l'évolution
Les rétrovirus endogènes peuvent jouer un rôle important dans l'évolution en agissant comme agents mutagènes internes. Ils peuvent "sauter" d'un site à un autre dans les chromosomes de l'hôte, provoquant des mutations ou modifiant la régulation des gènes. Ces événements peuvent être soit nuisibles, soit bénéfiques, favorisant l'adaptation à de nouvelles conditions environnementales ou créant des innovations évolutives.
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Les syncytines : Des protéines virales au service de la reproduction
Les syncytines sont des protéines essentielles à la formation et au fonctionnement du placenta chez les mammifères. Elles sont dérivées du gène env des rétrovirus endogènes. Ce gène code pour une protéine de l'enveloppe virale, responsable de la fusion des membranes cellulaires lors de l'infection.
Découverte et fonction des syncytines
En 2000, des chercheurs ont découvert que la fusion des cellules du trophoblaste humain, une couche de cellules formant le placenta, était due à une protéine appelée syncytine. Ils ont constaté que le gène de cette protéine était identique à celui d'une protéine de l'enveloppe d'un rétrovirus endogène, HERV-W. La syncytine permet la fusion des cellules du trophoblaste pour former le syncytiotrophoblaste, une barrière protectrice essentielle aux échanges entre la mère et le fœtus.
Les propriétés des syncytines
Les syncytines possèdent deux propriétés importantes :
- Fusion cellulaire: Elles permettent la fusion des cellules du trophoblaste, formant ainsi le syncytiotrophoblaste.
- Immunosuppression: Elles diminuent la réponse immunitaire, empêchant le rejet de l'embryon par le système immunitaire maternel.
Diversité des syncytines chez les mammifères
La recherche de syncytines bat son plein depuis le début du siècle. Les scientifiques recherchent dans les bases de données des génomes des séquences ressemblant à la syncytine et à des virus endogènes. Si une séquence candidate est trouvée, ils vérifient si elle s'exprime dans le placenta, si la protéine produite a des propriétés de fusion des cellules et si l'inactivation du gène bloque la fusion. Les résultats ont montré qu'il existe différentes syncytines chez les différents groupes de mammifères.
Le syncytiotrophoblaste
Chez de nombreux mammifères, les cellules du trophoblaste fusionnent sous l'action des syncytines pour donner un syncytium, le syncytiotrophoblaste. Les syncytines proviennent de gènes de rétrovirus intégrés dans le génome des mammifères. C'est un transfert horizontal de l'information génétique. Les intégrations se sont faites au hasard à partir de virus différents. Elles sont présentes chez les mammifères et même des lézards.
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Importance des syncytines dans l'évolution de la viviparité placentaire
L'acquisition des gènes env de rétrovirus endogènes a été un événement clé dans l'évolution de la viviparité placentaire chez les vertébrés. Ces gènes ont permis la formation d'une interface mère-fœtus, même rudimentaire au départ, et ont évolué au cours du temps par le remplacement des premiers gènes par d'autres gènes env issus de nouveaux rétrovirus intégrés dans les chromosomes.
Les syncytines et la viviparité
La viviparité, où l'œuf se développe entièrement dans les voies génitales femelles, est une stratégie de reproduction adoptée par divers vertébrés. Chez les mammifères placentaires, le placenta assure les apports nutritifs maternels à l'embryon. Les syncytines jouent un rôle crucial dans la formation du syncytiotrophoblaste, une couche cellulaire spécialisée du placenta qui facilite les échanges entre la mère et le fœtus.
Syncytines chez les ruminants
La présence d'une syncytine (syncytin-Rum1) chez la vache et la brebis est surprenante, car ces animaux sont des ruminants appartenant au groupe des artiodactyles, réputé ne pas avoir de syncytiotrophoblaste. Chez les ruminants, certaines cellules du trophoblaste deviennent binuclées, puis fusionnent avec des cellules de l'épithélium utérin pour former des cellules trinuclées chimères. Ce mécanisme aboutit à la formation d'un syncytium du côté maternel, et non du côté embryonnaire.
Syncytines chez les lézards
En 2017, des chercheurs ont identifié une syncytine chez un lézard vivipare, Mabuya. Cette syncytine, appelée syncytin-Mab1, s'exprime dans les cellules de l'utérus lorsqu'elles commencent à fusionner pour former un syncytium. Il s'agit de la première syncytine mise en évidence en dehors du groupe des mammifères.
L'histoire mouvementée des syncytines chez les primates
Le génome humain contient deux syncytines fonctionnelles et des séquences ressemblant à des syncytines mais ayant perdu leur propriété de fusion. La répartition des séquences des syncytines sur un arbre phylogénétique des primates révèle une histoire complexe. Des protéines d'enveloppe virale ont été intégrées dans le génome de l'ancêtre commun de tous les simiens il y a environ 60 millions d'années. Puis, il y a 40 millions d'années, une deuxième phase d'intégration s'est produite chez l'ancêtre commun des catarrhiniens. Au cours de l'évolution, certaines syncytines ont perdu leurs propriétés de fusion, tandis que d'autres ont pris le relais.
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Les propriétés immunosuppressives des syncytines
Il a été suggéré que les propriétés immunosuppressives des syncytines, plutôt que leur capacité à fusionner les membranes, pourraient avoir été déterminantes dans l'évolution de la viviparité placentaire. En bloquant la réponse immunitaire de la mère, les syncytines empêcheraient le rejet de l'embryon en gestation. La fusion des membranes ne serait qu'un effet secondaire.
Les virus : Plus que de simples agents pathogènes
Contrairement à la vision commune, les virus ne sont pas uniquement des agents pathogènes nuisibles. Les relations génétiques étroites qu'ils entretiennent avec leurs hôtes peuvent leur conférer un rôle positif dans l'évolution, soit comme vecteurs de transgénèse entre espèces, soit par l'apport de leurs propres fonctions, comme dans le cas des syncytines.
Les virus comme alliés
Bien que les virus soient souvent associés à la notion de maladie, ils peuvent aussi devenir nos alliés. Certains virus, par exemple, peuvent être utilisés dans la lutte contre les infections bactériennes. De plus, les rétrovirus endogènes, présents dans le génome humain, peuvent jouer un rôle important dans la régulation de nos propres gènes.
Les syncytines et la tolérance immunitaire pendant la grossesse
Le système immunitaire humain exerce une surveillance biologique perpétuelle pour éliminer tout élément étranger. Cependant, pendant la grossesse, l'organisme féminin tolère le développement d'un fœtus qui ne partage que la moitié de son patrimoine génétique. Les syncytines jouent un rôle clé dans ce phénomène de tolérance immunitaire. Elles agissent comme un bouclier actif, inhibant l'action des lymphocytes T maternels à l'endroit précis où le placenta touche l'utérus.
L'héritage viral dans notre ADN
Le projet du génome humain a révélé que près de 8 % de notre patrimoine génétique est constitué de séquences d’origine rétrovirale. Nous sommes, littéralement, des chimères génétiques, un assemblage complexe d’humain et de viral. Cette cohabitation intime soulève des questions fascinantes sur ce qui définit l’identité biologique.
Implications médicales et perspectives futures
La compréhension du rôle des syncytines dans la formation du placenta et la tolérance immunitaire ouvre des perspectives intéressantes pour la médecine moderne, notamment dans le domaine de la fertilité et des pathologies de la grossesse.
Fertilité et pathologies de la grossesse
Si la production de syncytine est défaillante, la fusion cellulaire du placenta se fait mal, et la barrière protectrice devient poreuse ou inefficace. Comprendre comment moduler ou réparer l’expression de ces gènes pourrait un jour sauver des vies.
Syncytines et masse musculaire
Des études ont montré que les syncytines contribuent également à la formation des fibres musculaires chez les mammifères. Chez les souris mâles, l'inactivation des syncytines conduit à un déficit de fusion lors de la croissance des muscles, réduisant ainsi leur masse musculaire. Cette découverte pourrait expliquer le dimorphisme musculaire observé entre mâles et femelles chez les mammifères.
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