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Un ancien rétrovirus a été trouvé dans l'ADN humain - et il pourrait encore être actif

Un ancien rétrovirus a été trouvé dans l'ADN humain - et il pourrait encore être actif


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Des preuves frappantes sont apparues qu'un ancien virus connu auparavant uniquement à partir de preuves fossiles a infecté de manière persistante certains humains à des niveaux très faibles pendant des centaines de milliers, voire des millions d'années. Cet ancien rétrovirus est une sorte de fossile vivant, et la découverte d'une copie intacte de celui-ci dans le génome humain pose des questions sur la façon dont il a survécu, et suggère que d'autres du passé évolutif lointain pourraient être en sommeil dans l'ADN de nombreuses espèces.

Un rétrovirus se réplique en insérant son génome dans celui d'une cellule infectée. Parfois, les rétrovirus infectent les cellules de la lignée germinale - celles trouvées dans les ovules et le sperme - et si ces cellules survivent et continuent à créer un nouvel organisme, ce nouvel organisme contiendra le rétrovirus en tant que partie inhérente de son génome. De cette manière, les génomes de nombreux mammifères, oiseaux et autres vertébrés ont accumulé de nombreuses séquences d'ADN dérivées de rétrovirus, appelés rétrovirus endogènes (ERV). Environ 8 % du génome humain est composé de VRE, par exemple.

La grande majorité de ces séquences sont des fossiles génomiques dans un état de décomposition avancé, et incapables de produire toute sorte de particules infectieuses. Curieusement, cependant, certains VRE ont été cooptés pour remplir des fonctions physiologiques au sein de l'organisme hôte, par exemple pour fournir une immunité. Ces séquences virales domestiquées, bien que fonctionnelles, font effectivement partie du génome de l'hôte. Ils ne peuvent pas non plus produire de particules virales infectieuses, ayant généralement perdu le matériel génétique nécessaire pour le faire.

Néanmoins, il existe une faible proportion de séquences ERV pouvant fabriquer des particules infectieuses, et celles-ci montrent que les génomes des espèces hôtes peuvent être colonisés par des rétrovirus infectieux. Ce processus est mal compris, mais des recherches récentes ont montré la furtivité presque incroyable avec laquelle il peut se produire, de sorte que les techniques les plus modernes et les plus puissantes sont nécessaires pour le détecter.

Un rétrovirus endogène (FreeDigitalPhotos.net par l'utilisateur 'jscreationzs')

Le « monstre du Loch Ness » du génome humain

Les progrès dans le séquençage du génome entier ont révélé une grande diversité d'ERV dans les génomes des vertébrés avec des différences considérables entre les espèces. Beaucoup sont extrêmement anciens, tandis que les VRE plus récents sont plus intacts et moins dégradés par mutation. Chez certaines espèces telles que les souris, le génome contient de nombreux ERV capables de produire des virus infectieux, mais presque tous les ERV chez l'homme (appelés HERV) semblent être des restes non fonctionnels de rétrovirus éteints. La seule exception est un groupe, appelé HERV-K, qui est potentiellement capable de se répliquer malgré son âge de plusieurs millions d'années.

Des études antérieures sur les séquences HERV-K dans le génome humain ont indiqué qu'il a été récemment actif chez l'homme et qu'il pourrait même encore circuler par infection. Les co-auteurs de cette étude récente, Julia Wildschutte et Zach Williams, travaillant dans le laboratoire de John Coffin à l'Université Tufts, ont recherché des preuves de HERV-K en utilisant les données du 1000 Genomes Project et du Human Genome Diversity Project. L'équipe a développé des approches qui leur ont permis de creuser exceptionnellement profondément dans ces catalogues et d'établir que le génome humain contient un total de 36 copies HERV-K uniques non présentes dans la séquence de référence du génome humain standard, dont 19 nouvelles découvertes.

Le plus intrigant de tous, l'une de ces nouvelles découvertes était un virus intact sans aucune des mutations qui pourraient dégrader sa fonction. La découverte d'un virus intact caché dans la population humaine renforce la possibilité que ce rétrovirus HERV-K soit resté « vivant » chez l'homme jusqu'à relativement récemment, et pourrait encore circuler quelque part, même aujourd'hui.

Directions futures

De nombreuses questions demeurent : HERV-K est-il vraiment toujours actif chez l'homme ? Est-il en sommeil, sur le point de réapparaître comme l'agent d'une épidémie infectieuse ? Ou les signes de l'activité récente de HERV-K ne sont-ils vraiment que l'agonie d'un ancien rétrovirus alors qu'il dérive lentement mais sûrement vers l'extinction ?

Un ancien rétrovirus pourrait-il entraîner la réémergence d'une épidémie infectieuse ( Jason Scragz / Flickr )

Il se peut qu'en existant dans un état quasi dormant avec seulement de très faibles niveaux d'activité, HERV-K ait pu échapper aux effets de mutations qui l'auraient inactivé. Alternativement, il pourrait y avoir des circonstances dans lesquelles les humains ont obtenu d'une manière ou d'une autre un avantage de survie qui a conduit à la sélection de la présence de HERV-K dans l'ADN humain par le biais de processus évolutifs.

Ces hypothèses peuvent être étudiées dans une certaine mesure car des rétrovirus éteints peuvent être ressuscités à partir de restes d'ADN et leurs propriétés biologiques analysées. Étudier comment les virus anciens ont été éteints par leurs espèces hôtes peut fournir des indices sur les stratégies que nous pourrions utiliser pour lutter contre les virus qui nous menacent aujourd'hui.

Image vedette : ADN humain

L'article ' Un ancien rétrovirus a été trouvé dans l'ADN humain - et il pourrait encore être actif ' par Robert Gifford a été initialement publié le La conversation et a été republié sous une licence Creative Commons.


Rétrovirus endogène

Rétrovirus endogènes (VRE) sont des éléments viraux endogènes du génome qui ressemblent étroitement et peuvent être dérivés de rétrovirus. Ils sont abondants dans les génomes des vertébrés à mâchoires et représentent jusqu'à 5 à 8 % du génome humain (estimations inférieures de

1%). [1] [2] Les ERV sont une séquence provirale héritée verticalement et une sous-classe d'un type de gène appelé transposon, qui peut normalement être emballé et déplacé dans le génome pour jouer un rôle vital dans l'expression des gènes et dans la régulation. [3] [4] Cependant, les VRE manquent de la plupart des fonctions de transposon, ne sont généralement pas infectieux et sont souvent des restes génomiques défectueux du cycle de réplication rétrovirale. [5] [6] Ils se distinguent en tant que rétroéléments proviraux de la lignée germinale en raison de leur intégration et de leur transcription inverse dans le génome nucléaire de la cellule hôte. Les chercheurs ont suggéré que les rétrovirus ont évolué à partir d'un type de transposon appelé rétrotransposon, un élément de classe I [7], ces gènes peuvent muter et au lieu de se déplacer vers un autre emplacement du génome, ils peuvent devenir exogènes ou pathogènes. Cela signifie que tous les ERV peuvent provenir d'une insertion par un rétrovirus, mais que certains peuvent avoir été la source de l'information génétique dans les rétrovirus auxquels ils ressemblent. [8] Lorsque l'intégration de l'ADN viral se produit dans la lignée germinale, elle peut donner naissance à un VRE, qui peut ensuite se fixer dans le pool génétique de la population hôte. [1] [9]


Ici, nous explorons l'étonnante découverte des rétrovirus endogènes (ERV) dans notre propre ADN. Un rétrovirus endogène est un vestige génétique d'une infection virale antient subie par un ancêtre. Il s'avère que beaucoup de nos rétrovirus endogènes sont partagés par les chimpanzés. C'est parce que nous partageons un ancêtre commun avec eux.

Explorer plus loin

Articles scientifiques présentés dans l'animation par thème :

Recherche sur les rétrovirus endogènes placentaires

Résurrection d'un rétrovirus endogène éteint dans l'ADN humain

Comparaisons de l'ADN des chimpanzés et des humains

Études sur la probabilité qu'un rétrovirus endogène s'insère au même endroit sur des hôtes différents

Rétrovirus endogène humain – W : emplacements d'insertion exacts chez l'homme et les autres singes

Notes sur les mathématiques utilisées dans cette animation :

Transcription

Vous avez probablement entendu dire que les grands singes comme les chimpanzés sont les plus proches parents vivants de l'humanité. Avant même que l'évolution ne soit découverte, les scientifiques étudiant l'anatomie comparée regroupaient déjà les humains dans la famille des singes aux côtés des chimpanzés.

Dans ces années de pré-évolution, cependant, le mot « famille » était souvent utilisé au sens figuré. De nombreux scientifiques avaient une vision des « espèces fixes ». Ils pensaient que les humains et les chimpanzés étaient similaires mais différents depuis la nuit des temps. Cela a changé à la fin des années 1800. Parallèlement à la découverte du processus d'évolution, l'étude des fossiles a convaincu la majorité des scientifiques que les humains et les chimpanzés partagent un ancêtre commun. Nous sommes vraiment en famille ! Aujourd'hui, des centaines de fossiles de transition ont été trouvés qui brouillent la frontière entre les humains et les chimpanzés.

Cela dit, certaines personnes pensent que l'étude des fossiles est trop subjective. Existe-t-il une preuve indépendante que nous pouvons utiliser pour vérifier ce que nous pensons savoir de l'étude des fossiles ?

Le Dr Francis Collins, l'homme qui a dirigé le projet du génome humain, a souligné à juste titre que l'étude de l'ADN nous donne un moyen entièrement indépendant et quantifiable de tester des idées sur l'évolution. Au lieu de simplement le croire sur parole, nous examinerons ici les preuves par nous-mêmes.

Il est bien connu que l'ADN est excellent pour révéler les relations familiales. Au tribunal, l'ADN est l'étalon-or pour déterminer qui est le père. Les preuves ADN sont maintenant largement utilisées dans l'étude de la généalogie pour déterminer des relations plus éloignées. Il existe de nombreuses manières indépendantes d'utiliser les preuves ADN pour révéler les relations familiales, même entre espèces ! Ici, nous allons zoomer sur une seule source de preuves : l'ADN de rétrovirus endogène partagé entre les espèces. Dans ce cas, entre les humains et les chimpanzés. Pour comprendre pourquoi l'ADN des rétrovirus est si important, examinons d'abord ce que sont les rétrovirus.

Un rétrovirus est un type particulier de virus qui se reproduit en insérant ses gènes directement dans l'ADN d'une cellule. Les gènes du virus deviennent une partie permanente et transparente du génome de la cellule hôte. La cellule traite ensuite l'ADN du virus comme s'il s'agissait du sien. Il lit les gènes du virus, les utilise pour fabriquer de nouveaux virus, et lorsque la cellule copie son propre ADN avant de se reproduire, elle copie également l'ADN du virus et le transmet également.

Chez les mammifères, les rétrovirus modernes infectent généralement les globules blancs. Si, cependant, un rétrovirus infecte un spermatozoïde ou un ovule et si ce spermatozoïde ou cet ovule participe à la fécondation, l'enfant résultant aura une copie de l'ADN du virus dans une seule de ses cellules ! Elle le transmettra même à ses enfants si elle a des enfants.

Maintenant, vous pourriez penser que c'est une condamnation à mort garantie pour l'enfant, mais le système immunitaire peut parfois gérer le problème. Des erreurs de copie normales dans l'ADN du virus arrêtent parfois les virus.

Dans ces cas, l'insertion du rétrovirus peut être considérée comme une seule mutation géante pour l'hôte. Comme c'est le cas pour toutes les mutations, une insertion de rétrovirus pourrait avoir un effet négatif sur l'individu qui le contient. Cela pourrait finir par être neutre ou, avec un peu de chance, cela pourrait finir par être bénéfique. Les gènes des virus agissent également comme du matériel génétique supplémentaire avec lequel l'évolution pourra « jouer » avec le temps. De futures mutations peuvent donner aux gènes viraux de nouvelles fonctions, dont certaines pourraient s'avérer utiles. Des études récentes ont montré que dans au moins un cas, il semble qu'un ancien mammifère ait été infecté par un virus qui a fini par aider pendant la reproduction. Beaucoup de ces descendants de mammifères, y compris les humains, sont finalement devenus entièrement dépendants du virus. On ne peut plus se reproduire sans. Nous faisons partie du virus !

Lorsqu'un rétrovirus devient une partie intégrante de l'ADN d'une espèce, les scientifiques l'appellent rétrovirus endogène. « Endogène » car il est en nous dès la naissance. Il s'avère que le génome humain contient des milliers de segments de rétrovirus endogènes - longuement étirés d'ADN avec des séquences correspondant à celles des rétrovirus. Heureusement pour nous, aucun d'entre eux ne peut encore produire de rétrovirus à part entière. Ils ont tout simplement trop muté pour continuer à remplir leurs fonctions d'origine contre les virus.

D'accord, donc, si tout cela est nouveau pour vous, c'est probablement beaucoup à prendre en compte, alors récapitulons très rapidement avant d'examiner comment les VRE agissent comme preuve de l'évolution.

Un rétrovirus endogène est une portion d'ADN trouvée dans votre ADN qui s'y trouve lorsqu'un de vos ancêtres a été infecté par un rétrovirus. En de rares occasions, les gènes du virus se retrouvent dans les spermatozoïdes ou les ovules où ils peuvent devenir une partie permanente du génome d'une espèce.

Vos rétrovirus endogènes (ERV) agissent comme des enregistrements historiques des infections passées subies par nos ancêtres.

À ce stade, vous vous demandez peut-être : « Comment savons-nous avec certitude que les gènes ayant des séquences similaires aux gènes des virus proviennent en fait de virus ? Cela a-t-il été démontré expérimentalement?”

Dans plusieurs cas différents : Oui !

Des scientifiques ont récemment pris des cellules humaines incubées dans des boîtes de Pétri et ont légèrement muté l'ADN de l'un des rétrovirus endogènes pour voir s'il recommencerait à produire des virus. Effectivement ça a marché ! Un virus éteint a été ressuscité à partir d'une séquence d'ADN trouvée dans notre propre génome humain ! Les rétrovirus endogènes sont vraiment les cicatrices restantes des infections virales anciennes.

Alors, comment tout cela constitue-t-il la preuve que les humains, les chimpanzés et les autres primates ont réellement évolué à partir d'un ancêtre commun ?

Eh bien, en 2003, la première ébauche du génome du chimpanzé a été publiée. Dans l'ensemble, les séquences d'ADN humain et d'ADN de chimpanzé sont incroyablement similaires, mais à moins de plonger plus profondément, ce fait à lui seul ne peut pas nous dire avec certitude si l'évolution est une meilleure explication que l'idée des « espèces fixes ». Nous savons déjà que les humains et les chimpanzés ont des traits similaires. Si l'ADN code pour les traits, nous devrions nous attendre à ce que notre ADN soit également similaire, n'est-ce pas ? Dans de nombreux cas, c'est un point raisonnable, mais pas dans le cas des rétrovirus endogènes !

N'oubliez pas que vos rétrovirus endogènes nous montrent l'histoire unique d'infections virales spécifiques subies par vos ancêtres. Ils sont comme des cicatrices dans notre ADN qu'un individu acquiert au cours de sa vie et qu'il peut transmettre à ses descendants, mais uniquement à ses descendants.

Ici, nous examinons côte à côte des cartes de chromosomes humains et de chimpanzés. Les chromosomes sont les structures de nos cellules qui contiennent notre ADN.

Si les humains et les chimpanzés partagent un ancêtre commun, et si au moins certaines des infections que nous trouvons dans notre génome se sont produites avant la séparation chimpanzé/humain, nous devrions trouver les mêmes gènes de virus exactement aux mêmes endroits dans les génomes humains et chimpanzés.

En revanche, si les humains et les chimpanzés ne sont pas liés, ils ne devraient pas partager les mêmes antécédents d'infections virales.

Maintenant, il est bien sûr possible que, à travers l'histoire, les deux espèces aient été infectées par certains des mêmes virus (les humains et les chimpanzés tombent parfois malades aujourd'hui) mais si les chimpanzés et les humains ne sont pas liés, ces gènes de virus ne seront pas trouvés dans emplacements identiques de l'ADN chimpanzé et humain. En effet, lorsqu'un rétrovirus infecte un hôte, il existe de nombreux endroits différents dans le génome de l'hôte où il pourrait finir par s'insérer.

Des expériences approfondies en laboratoire avec des rétrovirus ont révélé qu'il existe bien plus de 10 millions de points d'insertion possibles dans le génome humain. En d'autres termes, le risque qu'un humain et un chimpanzé soient infectés exactement au même endroit par le même type spécifique de virus est bien inférieur à 1 sur 10 millions.

« Alors, vous dites qu'il y a une chance ? »

Eh bien, c'est ridiculement improbable et cela empire rapidement. Si deux individus sont tous deux infectés par seulement 12 des mêmes virus, la chance que chacun de ces 12 s'insère dans les mêmes emplacements d'ADN des deux hôtes est inférieure à 1 dans le nombre de tous les atomes estimés exister dans l'univers observable !

Pour avoir une idée approximative du nombre d'insertions partagées entre les humains et les chimpanzés, les chercheurs ont scanné nos deux génomes à la recherche d'un type de rétrovirus qu'ils savaient être courant chez les humains. Ils ont trouvé 211 insertions dans le génome humain, 208 chez les chimpanzés. Pour déterminer si l'une de ces insertions se trouve aux mêmes emplacements chez les humains et les chimpanzés, ils ont comparé les séquences d'ADN flanquantes uniques de chaque côté de chaque insertion. Si vous considérez le virus comme une cicatrice, les séquences flanquantes sont les morceaux de tissu sains autour de la cicatrice qui vous indiquent où se trouve cette cicatrice.

Ils ont découvert que nous partageons non seulement 1, pas seulement 12, mais 205 insertions. 205 sur 214 pour ce groupe de virus particulier !

Cela prend tout son sens si l'évolution est vraie. Les 205 virus partagés ont été insérés quelque temps avant la séparation chimpanzé/humain. Les 6 insertions uniques aux humains et les 3 uniques aux chimpanzés représentent soit des insertions qui se sont produites après la scission, soit des mutations par délétion qui ont supprimé quelques virus dans une seule lignée après la scission chimpanzé/humain.

En revanche, si nous voulons croire le point de vue des espèces fixes, nous sommes forcés de conclure que ces virus sont simplement partagés par coïncidence.

Lorsque nous faisons le calcul, même en veillant à prendre en compte les 9 virus non partagés par les deux espèces, la chance que cela se produise par coïncidence est inférieure à 1 sur ce nombre fou ici !

Cette preuve devrait être suffisante pour que même la personne la plus réticente et la plus rationnelle à ce jour écarte soigneusement le point de vue de l'espèce fixe.

L'ADN de rétrovirus endogène à lui seul est plus que suffisant pour confirmer de manière indépendante ce que nous savions déjà grâce à l'étude des fossiles. Cela dit, ce que nous avons vu ici n'est que la pointe de l'iceberg. Il existe de nombreuses autres sources de preuves ADN disponibles. Ensemble, ils démontrent, au-delà de tout doute raisonnable, que les humains et les chimpanzés ont évolué à partir d'un ancêtre commun. Nous sommes une famille.


Preuve que les comportements addictifs ont des liens étroits avec une ancienne infection rétrovirale

Un rétrovirus a une membrane contenant des glycoprotéines, qui sont capables de se lier à une protéine réceptrice sur une cellule hôte. Il y a deux brins d'ARN dans la cellule qui ont trois enzymes : la protéase, la transcriptase inverse et l'intégrase (1). La première étape de la réplication est la liaison de la glycoprotéine à la protéine réceptrice (2). Une fois ceux-ci liés, la membrane cellulaire se dégrade et fait partie de la cellule hôte, et les brins d'ARN et les enzymes pénètrent dans la cellule (3). Dans la cellule, la transcriptase inverse crée un brin d'ADN complémentaire à partir de l'ARN du rétrovirus et l'ARN est dégradé. Ce brin d'ADN est connu sous le nom d'ADNc (4). L'ADNc est ensuite répliqué et les deux brins forment une liaison faible et pénètrent dans le noyau (5). Une fois dans le noyau, l'ADN est intégré à l'ADN de la cellule hôte à l'aide de l'intégrase (6). Cette cellule peut soit rester en sommeil, soit l'ARN peut être synthétisé à partir de l'ADN et utilisé pour créer les protéines d'un nouveau rétrovirus (7). Les unités ribosomales sont utilisées pour transcrire l'ARNm du virus dans les séquences d'acides aminés qui peuvent être transformées en protéines dans le réticulum endoplasmique rugueux. Cette étape fabriquera également des enzymes virales et des protéines de capside (8). L'ARN viral sera fabriqué dans le noyau. Ces morceaux sont ensuite rassemblés et pincés de la membrane cellulaire sous la forme d'un nouveau rétrovirus (9). Crédit : Wikipédia/CC BY-SA 3.0

Nouvelle recherche d'une équipe internationale dirigée par le Département de zoologie de l'Université d'Oxford et l'Université nationale-kapodistrienne d'Athènes, publiée aujourd'hui dans Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS), montre qu'un rétrovirus ancien - HK2 - est plus fréquemment retrouvé chez les toxicomanes et est donc significativement associé à l'addiction.

Le génome humain est « jonché » de vestiges d'anciennes infections à rétrovirus qui ont envahi la lignée germinale de nos ancêtres primates. Un seul d'entre eux peut encore proliférer chez l'homme moderne nommé HERV-K HML-2 (HK2), et tous les humains n'ont pas les mêmes virus HK2 dans leur génome. Un HK2 spécifique peu fréquent, proche d'un gène impliqué dans l'activité dopaminergique dans le cerveau (RASGRF2), est plus fréquemment retrouvé chez les toxicomanes et est donc significativement associé à l'addiction.

Les équipes de recherche de l'Université d'Oxford et de l'Université d'Athènes ont montré que HK2 peut manipuler des gènes voisins. Leur étude fournit des preuves solides que des intégrations inhabituelles de HK2 peuvent être responsables du fardeau pathogène méconnu des comportements addictifs.

L'équipe a analysé des échantillons de patients infectés par le virus de l'hépatite C (VHC) du Royaume-Uni et de patients infectés par le VIH de Grèce qui avaient été infectés selon des voies d'infection distinctes et connues (injection de drogues), afin de déterminer la fréquence de l'intégration de HK2 dans personnes. L'insertion particulière de HK2 dans le gène RASGRF2 est généralement répandue dans 5 à 10 % de la population.

Cette étude montre que les personnes ayant un comportement addictif bien défini, c'est-à-dire les personnes qui s'injectent des drogues (PWID), sont 2 à 3 fois plus susceptibles d'avoir l'intégration de HK2 au sein de RASGRF2 (un gène impliqué dans la régulation de l'activité dopaminergique dans le cerveau). C'est donc une indication forte que HK2 au sein de RASGRF2 prédispose ces personnes à un comportement addictif.

Le professeur Katzourakis, de l'Université d'Oxford, qui a co-dirigé l'étude, a déclaré: «Nous connaissons des rôles biologiques clairs pour un petit nombre de rétrovirus endogènes humains. Cependant, il n'y a jamais eu auparavant de preuves solides à l'appui d'un rôle dans la biologie humaine d'un rétrovirus endogène non fixé, c'est-à-dire non partagé par tous les individus de la population. Notre étude montre pour la première fois que de rares variantes de HK2 peuvent affecter un trait humain complexe. La réplication de cette découverte dans les cohortes distinctes d'Athènes et de Glasgow est particulièrement importante.'

Le Dr Magiorkinis, de l'Université d'Athènes, qui a dirigé l'étude, a ajouté : « La plupart des gens pensent que ces anciens virus sont inoffensifs. De temps en temps, des personnes ont montré une surexpression de HK2 dans le cancer, mais il a été difficile de distinguer la cause de l'effet. En 2012, à la suite d'une controverse de 20 ans concernant leurs rôles pathogènes chez l'homme, nous avons cherché à tester l'hypothèse à haut risque selon laquelle les HERV peuvent être responsables de maladies humaines. Notre proposition a été soutenue par le Medical Research Council, et nous avons maintenant la preuve solide que les HERV peuvent être pathogènes. Pour la première fois, nous sommes en mesure de faire une distinction entre la cause et l'effet dans la pathogénicité du HERV.'

L'intégration du virus est antérieure à l'émergence de l'homme moderne, telle qu'elle a été trouvée dans les génomes de Néandertal et de Denisovan, et ce n'est donc pas le comportement des PWID qui détermine la présence du virus. Il est plutôt probable que le virus soit associé à un comportement addictif. Tous les PWID ne sont pas porteurs de ce virus, il y aura donc de nombreux autres facteurs génétiques et comportementaux impliqués, mais c'est un facteur prédictif important de la toxicomanie. De plus, les travaux expérimentaux des chercheurs soutiennent un rôle causal dans l'expression de RASGRF2 et donc dans l'addiction.

En soutenant une forte prédisposition génétique au comportement addictif, l'équipe de recherche d'Oxford plaide en faveur d'interventions médico-pharmacologiques en faveur des toxicomanes. Leur étude montre que les nouvelles technologies de séquençage et les grands projets génomiques tels que le projet 100 000 génomes permettront de mieux comprendre les caractéristiques génétiques qui n'étaient pas bien comprises auparavant.

Le Dr Magiorkinis a déclaré: "L'examen de cette partie "sombre" du génome révélera plus de secrets génomiques."

La plupart des HERV du génome sont partagés par la plupart des individus humains. Donc, si vous choisissez deux personnes au hasard et vérifiez si elles ont les mêmes HERV dans le même emplacement génomique, ce sera là. Ce n'est pas vrai pour certaines copies de HK2, il existe des variations, certains individus portant des copies supplémentaires dans leur génome à des emplacements distincts. Étonnamment, il semble qu'il existe de rares variantes où le virus intégré est « codant compétent ». En d'autres termes, il s'agit d'un modèle ininterrompu qui pourrait être utilisé pour créer davantage de virus qui pourraient être actifs et causer des problèmes à l'hôte humain.

Les HERV transportent des signaux pour manipuler la machinerie de réplication de l'hôte, et ils le font à leurs propres fins égoïstes - pour augmenter leur nombre de copies aux dépens de l'hôte. Cependant, s'ils s'intègrent à proximité d'un gène, ces mêmes signaux affecteront l'expression et la fonction du gène à proximité duquel ils se sont intégrés. Alors que les chercheurs ont encore des lacunes dans leur compréhension de la façon dont cela se produit exactement, les expériences de cette équipe de recherche montrent qu'en insérant HK2 dans un gène, la transcription du gène a été considérablement altérée.

Depuis la découverte du VIH et du (virus humain T-lymphotrope) HTLV, c'est le troisième cas dans lequel un rétrovirus humain est fortement lié à un effet nocif chez l'homme. Dans ce cas, l'effet néfaste que les chercheurs ont identifié est une condition comportementale complexe. On pourrait dire que ce virus est «conditionnellement pathogène», car de nombreux individus pourraient le porter et ne pas subir de conséquences négatives.

Le VIH se propage entre les individus, les différences de prévalence de HK2 sont largement héréditaires, bien qu'il soit possible que certains virus HK2 soient encore infectieux dans les populations humaines. Les interactions entre HK2 et d'autres virus humains infectieux constituent un domaine de recherche très prometteur. Il est à noter que les deux cohortes de PWID que les chercheurs ont étudiées sont respectivement infectées de manière chronique par le VIH et le VHC.

Les chercheurs espèrent qu'en comprenant les caractéristiques mécanistiques et biochimiques du comportement addictif, de meilleures cibles pharmacologiques pourront être développées pour le développement de médicaments. Et comme HK2 (le facteur prédictif) est un rétrovirus, il est possible que les médicaments existants puissent être utilisés comme points de départ pour la recherche dans ce domaine.


Un système immunitaire pour le génome

Sur la base de nos nouvelles découvertes, nous suggérons qu'il existe un système immunitaire spécialisé pour se défendre contre l'invasion du génome rétroviral. Comme le système immunitaire ordinaire, celui-ci comprend une réponse innée – une sorte de défense à usage général contre les attaquants – et une réponse adaptative, qui apprend à reconnaître des agents pathogènes spécifiques et à les éliminer.

Aux premiers stades de l'infection des ovules ou des spermatozoïdes, la séquence d'ADN altérée se traduit par un « modèle moléculaire » qui est reconnu par un système immunitaire génomique inné, qui arrête l'activité du virus et commence à produire des séquences de piARN signature pour reconnaître l'envahisseur.

La réponse immunitaire innée fonctionne jusqu'à ce qu'une mémoire de l'envahisseur du génome soit créée et qu'une réponse adaptative spécifique à la séquence se déclenche.

Nous proposons un cadre à travers lequel une séquence d'un rétrovirus envahisseur peut d'abord voir ses gènes «silencieux», puis par des processus ciblés, elle devient finalement une partie intégrante du génome de l'hôte.

Ce « système immunitaire génomique » modifie notre compréhension de ce qui façonne les génomes de tous les animaux. Nous ne pouvons plus considérer le génome comme une entité sans défense gouvernée uniquement par la sélection naturelle – il se défend.

Auteurs : Keith Chappell, chercheur principal, School of Chemistry and Molecular Biosciences, The University of Queensland


Attraper un rétrovirus en flagrant délit

Presque toutes les invasions de génomes de rétrovirus connues se sont produites il y a des millions d'années. Cependant, KoRV est une exception récemment identifiée. Le virus se propage entre les individus, mais infecte également les spermatozoïdes et les ovules, de sorte que de nombreux koalas naissent avec cet agent pathogène dans le cadre de leur génome.

Mes collègues et moi à l'Université du Queensland collaborons avec des scientifiques de la faculté de médecine de l'Université du Massachusetts pour analyser comment les spermatozoïdes et les ovules de koala réagissent à l'infection par KoRV-A.

Nos résultats, publiés aujourd'hui dans Cell, suggèrent que ces cellules développent une nouvelle «réponse immunitaire innée du génome» à l'infection virale, ce qui peut aider à contrôler la propagation du KoRV infectieux.

Dans le cadre de ce projet, l'équipe a analysé l'ADN et l'ARN de différents échantillons de tissus de koalas sauvages décédés du sud-est du Queensland. (Comme l'ADN, l'ARN contient également des informations génétiques sur les koalas - mais c'est aussi de quoi est fait le génome de KoRV.)

L'équipe a spécifiquement recherché de courtes séquences d'ARN, entre 23 et 35 nucléotides, appelées PIWI Interacting RNA (piRNA). Des grappes de séquences de piARN sont conservées dans le génome et servent en quelque sorte de banque mémoire de séquences indésirables – signatures de virus envahissants – à cibler.


Attraper un rétrovirus en flagrant délit

Presque toutes les invasions de génomes de rétrovirus connues se sont produites il y a des millions d'années. Cependant, KoRV est une exception récemment identifiée. Le virus se propage entre les individus, mais infecte également les spermatozoïdes et les ovules, de sorte que de nombreux koalas naissent avec cet agent pathogène dans le cadre de leur génome.

Mes collègues et moi à l'Université du Queensland collaborons avec des scientifiques de la faculté de médecine de l'Université du Massachusetts pour analyser comment les spermatozoïdes et les ovules de koala réagissent à l'infection par KoRV-A.

Nos résultats, publiés aujourd'hui dans Cell, suggèrent que ces cellules développent une nouvelle «réponse immunitaire innée du génome» à l'infection virale, ce qui peut aider à contrôler la propagation du KoRV infectieux.

Dans le cadre de ce projet, l'équipe a analysé l'ADN et l'ARN de différents échantillons de tissus de koalas sauvages décédés du sud-est du Queensland. (Comme l'ADN, l'ARN contient également des informations génétiques sur les koalas - mais c'est aussi de quoi est fait le génome de KoRV.)

L'équipe a spécifiquement recherché de courtes séquences d'ARN, entre 23 et 35 nucléotides, appelées PIWI Interacting RNA (piRNA). Des grappes de séquences de piARN sont conservées dans le génome et servent en quelque sorte de banque mémoire de séquences indésirables – signatures de virus envahissants – à cibler.


Attraper un rétrovirus en flagrant délit

Presque toutes les invasions de génomes de rétrovirus connues se sont produites il y a des millions d'années. Cependant, KoRV est une exception récemment identifiée. Le virus se propage entre les individus, mais infecte également les spermatozoïdes et les ovules, de nombreux koalas naissent avec cet agent pathogène dans le cadre de leur génome.

Mes collègues et moi à l'Université du Queensland collaborons avec des scientifiques de la faculté de médecine de l'Université du Massachusetts pour analyser comment les spermatozoïdes et les ovules de koala réagissent à l'infection par KoRV-A.

Nos résultats, publiés aujourd'hui dans Cell, suggèrent que ces cellules développent une nouvelle «réponse immunitaire innée du génome» à l'infection virale, ce qui peut aider à contrôler la propagation du KoRV infectieux.

Dans le cadre de ce projet, l'équipe a analysé l'ADN et l'ARN de différents échantillons de tissus de koalas sauvages décédés du sud-est du Queensland. (Comme l'ADN, l'ARN contient également des informations génétiques sur les koalas - mais c'est aussi de quoi est fait le génome de KoRV.)

L'équipe a spécifiquement recherché de courtes séquences d'ARN, entre 23 et 35 nucléotides, appelées PIWI Interacting RNA (piRNA). Des grappes de séquences de piARN sont conservées dans le génome et servent en quelque sorte de banque mémoire de séquences indésirables – signatures de virus envahissants – à cibler.


Un ancien rétrovirus a été trouvé dans l'ADN humain - et il pourrait encore être actif - Histoire

(Inside Science) -- Les virus qui ont envahi l'ADN des ancêtres de l'humanité il y a des millions d'années peuvent désormais jouer un rôle essentiel dans les premiers stades du développement humain, selon les chercheurs.

La découverte met en lumière le rôle clé que les virus ont pu jouer dans l'évolution humaine, ont ajouté les scientifiques.

Les premiers stades du développement embryonnaire jettent les bases de ce que deviennent les organes et les tissus d'un organisme. Des recherches antérieures avaient révélé qu'une multitude de facteurs peuvent influencer le développement humain précoce, tels que l'alimentation et l'environnement des parents. Now researchers find that viruses incorporated into the human genome may be another major factor.

Viruses infect cells in order to hijack their machinery and make copies of themselves. One type of virus known as a retrovirus does this by weaving its own genes into the DNA of its hosts. The most infamous retrovirus is HIV, the virus that causes AIDS.

In rare instances, retroviruses infect sperm or egg cells. If those cells go on to become part of a person, his or her cells will contain retroviral DNA, which they can then pass onto their descendants. Prior studies revealed that at least 8 percent of the human genome is made up of these so-called endogenous retroviruses — the remnants of retroviral infections our ancestors had millions of years ago. These retroviral elements no longer produce active viruses.

Scientists had long thought that endogenous retroviruses might be junk DNA that did nothing within the human genome. However, recent studies found that one class of endogenous retroviruses known as human endogenous retrovirus subfamily H, or HERV-H, is surprisingly active in human embryonic stem cells, and is key to their ability to become any other kind of cell in the body. Past research suggests that HERV-H sequences are unique to humans and great apes, invading primates less than 20 million years ago.

Now researchers find that retroviral material could play key roles from the beginning of human development.

"Endogenous retroviruses might have played an important role in human evolution," said lead study author Jonathan Göke, a computational biologist at the Genome Institute of Singapore.

The possibility that the early stages of human development might depend in part on genetic material from an outside source, much less a virus, is counter-intuitive, Göke said. Still, random mutations are a very slow way to introduce lasting changes to genomes — retroviruses may have proven a fast way at introducing genetic alterations, including ones important enough to steer the course of human development, he said.

The scientists investigated more than 650,000 retroviral elements within the human genome, about 5,000 of which belong to HERV-H. They analyzed previously published data about the activity of these retroviral elements in unfertilized egg cells and human embryonic stem cells, as well as during the earliest stages of development, including the one-cell stage, known as the zygote the two-cell, four-cell and eight-cell stages the morula, when the embryo becomes a solid ball of cells and the blastocyst, when the embryo becomes a hollow ball of cells.

"They did a really good job going the distance to dig through the data," said molecular biologist Didier Trono at the Federal Polytechnic School of Lausanne in Switzerland, who did not take part in this research.

The researchers discovered that roughly 1,400 of these retroviral elements were only expressed at specific times during embryonic development. They believe these are under control of the embryo's cellular machinery and therefore "potentially important in development," Göke said.

It remains uncertain what role these retroviral elements play in early human development, but it may have to do with how millions of years of evolution have made viruses masters at controlling the biology of their victims. One possibility is that embryos are using these retroviral elements as signals to switch on genetic activity within their cells. Originally, the retroviruses used these signals to activate themselves, but the cells may now have co-opted these signals to activate other parts of their genome instead, Göke said.

One challenge to determining what these retroviral elements do is that they do not exist in common lab animals such as mice, and they are not active in the human cell lines most widely used in research. Göke and his colleagues are now attempting to identify other cells these retroviral elements show activity in to study their function.

All in all, Trono noted that up to a whopping 70 percent or so of the human genome may actually come from retroviruses, much of it now too degraded to identify as such.

"These virus-like elements are increasingly now seen not as junk DNA, but as involved in regulating most aspects of human biology, from early development to the physiology of every single system, from our brain to our immune system," Trono said.

The scientists detailed their findings in the Feb. 5 issue of the journal Cell Stem Cell.

Charles Q. Choi is a freelance science writer based in New York City who has written for The New York Times, Scientific American, Wired, Science, Nature, and many other news outlets. He tweets at @cqchoi. Reprinted with permission from Inside Science, an editorially independent news product of the American Institute of Physics, a nonprofit organization dedicated to advancing, promoting and serving the physical sciences.

Charles Q. Choi is a freelance science writer based in New York City who has written for The New York Times, Scientific American, Wired, Science.


Evidence that addictive behaviors have strong links with ancient retroviral infection

New research from an international team led by Oxford University's Department of Zoology and the National-Kapodistrian University of Athens, published today in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), shows that an ancient retrovirus -- HK2 -- is more frequently found in drug addicts and thus is significantly associated with addiction.

The human genome is "littered" with remnants of ancient retrovirus infections that invaded the germline of our primate ancestors. Only one of these may still be proliferating in modern humans named HERV-K HML-2 (HK2), and not all humans have the same HK2 viruses in their genomes. One specific uncommon HK2, which lies close to a gene involved in dopaminergic activity in the brain (RASGRF2), is more frequently found in drug addicts and thus is significantly associated with addiction.

The Oxford University and University of Athens research teams have shown that HK2 can manipulate nearby genes. Their study provides strong evidence that uncommon HK2 integrations can be responsible for the unappreciated pathogenic burden of addictive behaviours.

The team analysed samples of Hepatitis C Virus (HCV)-infected patients from the UK and HIV-infected patients from Greece who had become infected according to distinct, known routes of infection (injecting drugs), to determine the frequency of the HK2 integration in individuals. The particular HK2 insertion in the RASGRF2 gene is usually prevalent in 5-10% of the population.

This study shows that people with well-defined addictive behaviour i.e. Persons Who Inject Drugs (PWID) are 2 to 3 times more likely to have the integration of HK2 within RASGRF2 (a gene involved in regulating dopaminergic activity in the brain). It is thus a strong indication that HK2 within RASGRF2 predisposes these people in addictive behaviour.

Professor Katzourakis, from the University of Oxford, who co-directed the study said: 'We know of clear biological roles for a small number of human endogenous retroviruses. However, there has never before been strong evidence in support of a role in human biology of an endogenous retrovirus that is unfixed, in other words not shared by all individuals in the population. Our study shows for the first time that rare variants of HK2 can affect a complex human trait. The replication of this finding in the distinct Athens and Glasgow cohorts is particularly important.'

Dr Magiorkinis, from the University of Athens, who led the study added: 'Most people think these ancient viruses are harmless. From time to time, people have shown overexpression of HK2 in cancer, but it has been difficult to distinguish cause from effect. Back in 2012, following a 20-year controversy regarding their pathogenic roles in humans, we sought to test the high-risk hypothesis that HERVs can be responsible for human disease. Our proposal was supported by the Medical Research Council, and now we have strong proof that HERVs can be pathogenic. For the first time, we are able to make a distinction between cause and effect in HERV pathogenicity.'

The integration of the virus predates the emergence of modern humans, as it has been found in Neanderthal and Denisovan genomes, and therefore it is not the behaviour of PWIDs that determines the presence of the virus. Rather, it is likely that the virus is associated with addictive behaviour. Not all PWIDs carry this virus so there will be many other genetic and behavioural factors involved, but this is an important predictive factor in addiction. Furthermore the researchers' experimental work supports a causal role in the expression of RASGRF2 and hence addiction.

By providing support for a strong genetic predisposition of addictive behaviour, the Oxford research team advocates in support of medical-pharmacological interventions in support of addicts. Their study shows that new sequencing technologies and large genomic projects such as the 100,000 genomes project will deliver enhanced understanding of genetic features that were previously not well-understood.

Dr Magiorkinis said: 'Looking into this "dark" part of the genome will unlock more genomic secrets.'

Most HERVs in the genome are shared by most human individuals. So if you pick two random people and check to see if they have the same HERVs in the same genomic location, it will be there. This is not true of some copies of HK2 there is variation, with certain individuals carrying extra copies in their genomes at distinct locations. Amazingly, it appears there are some rare variants where the integrated virus is 'coding competent'. In other words, it is an unbroken blueprint that could be used to make more viruses which could be active and cause problems to the human host.

HERVs carry signals to manipulate the host's replication machinery, and they do this for their own selfish purposes -- to increase their copy number at the expense of the host. However, if they integrate near a gene, these same signals will affect the expression and function of the gene near which they have integrated. While researchers still have gaps in their understanding of how exactly this happens, the experiments of this research team show that by inserting HK2 within a gene the transcription of the gene was significantly altered.

Since the discovery of HIV and (Human T-Lymphotropic Virus) HTLV, this is the third case in which a human retrovirus has been strongly linked with a harmful effect in humans. In this case, the harmful effect that researchers have identified is a complex behavioural condition. It could be said that this virus is 'conditionally pathogenic' as many individuals could carry it and not suffer negative consequences.

HIV spreads between individuals differences in prevalence of HK2 are largely heritable, although it is possible that some HK2 viruses could still be infectious in the human populations. A very promising area of future research are the interactions between HK2 and other infectious human viruses. It is notable that the two cohorts of PWIDs that the researchers investigated are chronically infected with HIV and HCV respectively.

The researchers hope that by understanding the mechanistic-biochemical features of addictive behaviour better pharmacological targets can be developed for drug development. And as HK2 (the predictive factor) is a retrovirus it is possible that existing drugs could be used as starting points for research into this area.



Commentaires:

  1. Akinolar

    Tout à fait exact ! Je pense que c'est une bonne idée. Et elle a droit à la vie.

  2. Vudohn

    Il y a quelque chose là-dedans. Merci beaucoup pour l'information, maintenant je ne ferai pas une telle erreur.

  3. Mistie

    Vous avez dit cela correctement :)

  4. Shaktigar

    Je voudrais continuer ... abonné à la chaîne :)

  5. Jonathan

    Si ce n'est pas un grand secret ;), d'où vient l'auteur du blog ?



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