Za podobu našeho mozku pravděpodobně vděčíme dávným retrovirovým infekcím

Bez retrovirů by nebylo ani dnešních obratlovců

„Retroviry byly nutným předpokladem pro nastartování evoluce obratlovců. Kdyby nebylo retrovirů, které vmezeřily svoje sekvence do genomu obratlovců, neproběhla by myelinizace a bez ní by neexistovali obratlovci v rozmanitosti, v jaké je známe dnes,“ vysvětluje jeden z autorů studie, neurovědec dr. Robin Franklin z Altos Labs Cambridge Institute of Science.

Myelin pomáhá uložit více neuronů do mozku

Myelinová pochva je složitá tuková tkáň, která obaluje axony neuronů obratlovců. A proč je myelin tak zásadní pro vývoj mozku? Umožňuje rychlý přenos impulzů neurony, aniž by bylo třeba navýšit průměr jejich axonů. Neurony tak mohou být v mozku vedle sebe blíže uloženy, navíc mohou být delší, protože jim myelin poskytuje metabolickou podporu. Myelin se u obratlovců objevil ve stejné době jako čelisti a jeho role v evoluci obratlovců zatím nebyla doceněna. Dosud totiž nebyl objasněn molekulární mechanismus, který ho přivedl na scénu.

Na roli retrovirů v evoluci se přišlo náhodou

Na roli retrovirů v tomto procesu se přitom přišlo náhodou, když vědci zkoumali nekódující části v sítích genů používaných oligodendrocyty, tedy buňkami, jež v centrální nervové soustavě produkují myelin. „Ačkoliv retrotranspozony utvářejí 40 % našeho genomu, zatím nebylo známo, jak pomohly živočichům získat během evoluce specifické charakteristiky,“ objasňuje první autor studie dr. Tanay Ghosh.

Výzkumníci prováděli experimenty na hlodavcích a přišli na to, že přepis RNA RetroMyelinu reguluje expresi bazického proteinu myelinu (MBP), jedné z jeho základních složek. Když totiž RetroMyelin u oligodendrocytů nebo jejich progenitorových buněk (kmenových buněk, z nichž se oligodendrocyty diferencují) inhibovali, buňky přestaly vytvářet MBP.

Myelinizace jako evoluční síla, která umožňuje rychlejší reakce

Vědecký tým se po objevu RetroMyelinu zaměřil na jeho identifikaci u ostatních živočišných druhů, výzkumníci ho začali hledat u čelistnatých i bezčelistnatých obratlovců i u několika druhů bezobratlých. Analogické sekvence genomu byly identifikovány ve všech dalších třídách čelistnatých obratlovců (ptáků, ryb, plazů i u obojživelníků) a zároveň byla potvrzena jejich absence u bezčelistnatých obratlovců a bezobratlých. Na základě toho byla vyslovena hypotéza, že rychlejší přenos nervového impulzu může být evoluční silou, která dává možnost rychleji chytat kořist či prchat od nebezpečí.

Pravděpodobně nešlo o výsledek pouze jedné retrovirové infekce

Výzkumný tým dále zajímalo, zda byl RetroMyelin součástí vývoje všech čelistnatých obratlovců, nebo se jednalo o separátní retrovirovou invazi v různých větvích vývoje. Aby na tuto otázku dokázali odpovědět, museli sestavit fylogenetický strom 22 druhů čelistnatých obratlovců a v jeho rámci porovnat sekvence RetroMyelinu. Ty se ukázaly podobnější v rámci živočišných druhů než mezi nimi, což vede k závěru, že RetroMyelin byl během procesu konvergentní evoluce získán hned několikrát.

Studie je převratná v tom, že upozorňuje na důležitost nekódujících částí genomu pro fyziologii a evoluci a otevírá nový směr výzkumu, který bude spočívat v odhalení toho, jak významným způsobem retroviry zasáhly do evoluce živočichů.

(pok)

Zdroje:
1. Ghosh T., Almeida R. G., Zhao C. et al. A retroviral link to vertebrate myelination through retrotransposon-RNA-mediated control of myelin gene expression. Cell 2024; 187 (4): 814–830, doi: 10.1016/j.cell.2024.01.011.
2. Ancient retroviruses played a key role in the evolution of vertebrate brains. ScienceDaily, 2024 Feb 15. Dostupné na: www.sciencedaily.com/releases/2024/02/240215113551.htm