Durante mucho tiempo la atención de investigadores y de medios de comunicación se ha centrado únicamente en virus de importancia médica, es decir aquellos capaces de causar enfermedad  a personas, animales y plantas de importancia económica. Esto ha llevado a pensar al grueso de la población que la función de los virus es precisamente esa, causar enfermedades. En cierta medida esto es verdad, pero como en todos los microorganismos dentro de su diversidad también podemos encontrar virus que no causan enfermedad o cuya función inicial fue causarla pero que con el paso de miles o millones de años adquirieron nuevas funciones. Hoy tratare de explicar cuál es la función de estos virus dentro de la evolución humana y como hicieron (y continúan haciendo) aportes importantes para que el humano sea hoy en día la especie dominante.

Existen muchos tipos de virus, siendo los retrovirus los que, a través del tiempo, parecieran tener una mayor influencia en nuestra especie. Durante su ciclo de replicación, los retrovirus tienen como característica principal obligar a la célula infectada a guardar la información genética viral en su propio genoma, de esta manera su información se vuelve inmortal dentro de la célula y de sus descendientes asegurando la producción de más virus. Si la infección por un retrovirus ocurre en células germinales (es decir un espermatozoide u ovulo) se lleva a cabo un proceso llamado endogenización en donde la información del virus no solo se transmite a células hijas sino a todo el organismo al que dan origen estas células, es decir, a un ser humano. Pero no hay de qué preocuparnos, la célula tiene programas que induce la inactivación del retrovirus a través de mecanismos epigeneticos como la metilación o la inducción de mutaciones en el genoma viral, de tal manera que la información del virus queda inutilizable, aunque no del todo. Los retrovirus inactivos son llamados retrovirus endógenos humanos (HERVs) y se han detectado varias familias de estos en el genoma humano(1, 2).

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Foto: Shutterstock

Hace poco se encontró que es precisamente a través de este mecanismo de endogenización que ancestros del Homo sapiens robaron información viral y la utilizaron para su beneficio, por ejemplo; la formación de la placenta es producto de una proteína de origen retroviral llamada sincitina, originalmente esta proteína funcionaba como la unidad estructural de la capside retroviral, mientras que en el organismo induce la fusión de células llamadas trofoblastos para formar, como ya se mencionó antes, la placenta. Este órgano es de vital importancia para el desarrollo fetal humano y de todos los mamíferos(3, 4).

El mecanismo de inactivación retroviral utilizado por la célula infectada no siempre funciona al 100% y en algunos casos pequeñas secuencias retrovirales siguen activas, ya sea formando virus defectuoso o moviéndose e insertándose de manera aleatoria en el genoma de la célula, dando lugar a un mecanismo llamado retrotransposicion. Debido al carácter aleatoriode este proceso, la secuencia viral puede insertarse en secuencias celulares que regulan la expresión de algunos genes como es el caso de la amilasa, cuya expresión en mamíferos se encontraba limitada al páncreas y después de un proceso de retrotransposicion su expresión se hizo presente en glándulas salivales; es por esto que cuando consumimos algún alimento que contenga almidón percibimos el sabor dulce de este.

La actividad de los retrovirus endógenos también ayuda a otros procesos importantes en el organismo como la induccion y mantenimiento de la condición pluripotencial de células troncales inducidas (iPSC)(5, 6) o la expresión de la enzima prolin dehidrogenasa en el hipocampo. Esta enzima produce carboxilato a partir de prolina, siendo el primero un metabolito precursor del glutamato, el principal transmisor excitador del cerebro por lo cual contribuye a la comunicación entre neuronas(7). Otra hormona cuya expresión es controlada por HERVs es la prolactina en el endometrio durante el embarazo para regular la lactancia y también estos HERVs regulan de la expresión de la globina en el feto y en el adulto. Todos estos procesos son importantes para mantener la homeostasis del organismo y ayudar al desarrollo fetal, la regeneración celular, la comunicación cerebral o a la producción de leche materna.

Como se puede intuir algunos de los procesos anteriores son importantes para el desarrollo del cerebro humano. Si bien estos ejemplos dan luz acerca de cómo los retrovirus contribuyen a nuestra evolución como especie, se quedan cortos frente a un descubrimiento llevado a cabo a principios de 2018 por el Dr. Jason Shepher y sus colaboradores. El grupo de Shepher  analizo la secuencia del gen neuronal Arc el cual está implicado de manera importante en la formación de memoria a largo plazo, es regulador maestro de la plasticidad sináptica y participa en el desarrollo de desórdenes neurológicos. El grupo determinó que el gen Arc tiene propiedades bioquímicas y moleculares similares a la proteína retroviral Gag, la cual se encarga de producir las proteínas estructurales de los retrovirus, pero que en el cerebro tiene la función de transportar mensajeros entre neuronas impactando en la función de la neurona receptora. Esta proteína también se autoensambla en estructuras de tipo viral, encapsulando, transmitiendo y liberando RNA entre neuronas. En trabajos previos se ha demostrado que la proteína Arc es esencial para llevar a cabo el proceso de cognición en humanos pero se desconocía el mecanismo por el cual esto era posible(8).

De esta manera, el secuestro de información retroviral por parte de otros organismos permite en algunos casos a estos evolucionar a niveles más altos de complejidad y como queda ilustrado en el artículo, participan en procesos que pueden ir desde inducción de expresión proteica hasta el desarrollo de procesos relacionados al desarrollo cognitivo de una especie. Así, los virus no patogénicos pueden tener un papel mucho más complejo e importante para el humano que aquellos que causan enfermedad participando en el caso del humano, en el desarrollo de habilidades que nos convierten en una especie pensante, en contraparte, los virus patogénicos también modulan la evolución de las especies a través de mecanismos distintos enfocados en la mutación de proteínas celulares para evadir o impedir el ciclo de replicación viral.


Referencias:

  1. Khodosevich K, et al. Endogenous retroviruses and human evolution. Comp Funct Genomics. 2002. 3:494-498.

  2. Meyer TJ, et al. Endogenous Retroviruses: With Us and against Us. Front Chem. 2017. 5:23.
  3. Mi S, et al. Syncytin is a captive retroviral envelope protein involved in human placental morphogenesis. Nature. 2000. 403:785-789.
  4. Venables PJ, et al. Abundance of an endogenous retroviral envelope protein in placental trophoblasts suggests a biological function. Virology. 1995. 211:589-592.
  5. Ohnuki M, et al. Dynamic regulation of human endogenous retroviruses mediates factor-induced reprogramming and differentiation potential. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014. 111:12426-12431.
  6. Durruthy-Durruthy J, et al. The primate-specific noncoding RNA HPAT5 regulates pluripotency during human preimplantation development and nuclear reprogramming. Nat Genet. 2016. 48:44-52.
  7. Suntsova M, et al. Human-specific endogenous retroviral insert serves as an enhancer for the schizophrenia-linked gene PRODH. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013. 110:19472-19477.
  8. Pastuzyn ED, et al. The Neuronal Gene Arc Encodes a Repurposed Retrotransposon Gag Protein that Mediates Intercellular RNA Transfer. Cell. 2018. 172:275-288 e218.

 

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