Les surprises de l’évolution : des virus parmi nos ancêtres ?

A plusieurs reprises, j’ai abordé ici des questions touchant à l’évolution ou à la transgenèse. C’est une bonne raison pour parler d’une découverte récente qui fait un lien très spectaculaire entre ces deux sujets. Elle montre le rôle inattendu joué par certains virus dans l’apparition d’une innovation évolutive essentielle chez les mammifères : le placenta.

Schéma d'un virion de VIH

Schéma d’un virion de VIH. Les protéines de l’enveloppe sont les petites protubérances ovoïdes fixées sur la membrane virale, à la surface du virion .

Les virus impliqués dans cette innovation évolutive appartiennent à la famille des rétrovirus ( retroviridae ). L’exemple le plus largement connu est le VIH, responsable du SIDA. Mais il  en existe de nombreuses sous-familles qui infectent toutes les espèces connues, aussi bien animales que végétales et toutes ne sont pas  pathogènes. J’ai déjà eu l’occasion d’en parler dans l’article « OGM : fantasmes et réalités ».

Deux catégories sont à distinguer dans cette famille virale.
Les rétrovirus infectieux ou exogènes : Pour se multiplier, ils doivent d’abord intégrer leur génome dans les chromosomes des cellules qu’ils infectent, ils font donc une transgenèse spontanée. A partir de là, le cycle viral complet devient possible et aboutit à la production de nouvelles particules virales infectieuses ( virions ).
Ces rétrovirus infectieux correspondent à la vision que tout le monde peut avoir des virus, agents de maladies infectieuses multiples et parfois mortelles.
Mais cette famille virale existe aussi sous une autre forme dans les organismes vivants.

Les rétrovirus endogènes. Chez toutes les espèces étudiées, depuis la levure jusqu’à l’homme, en passant par les insectes et les végétaux, on trouve des génomes rétroviraux intégrés dans toutes les cellules, y compris dans les cellules germinales. Ils ressemblent tout à fait aux génomes de leurs « frères » infectieux, sauf qu’ils sont inactifs. Ils ne peuvent donc plus se multiplier et ne sont absolument pas pathogènes. On a d’ailleurs mis longtemps à découvrir leur existence car ils semblent faire partie intégrante des génomes de leurs hôtes.
D’où viennent ces rétrovirus endogènes ? L’hypothèse la plus généralement admise est que lors d’une infection d’un organisme par un rétrovirus exogène, les cellules germinales peuvent être atteintes et se retrouveront donc avec des génomes viraux intégrés dans leurs chromosomes. Si certains sont défectueux, par suite de mutations, ils ne pourront plus initier de cycle viral et ne seront donc pas gênants. Ils se transmettront à travers les générations pendant des temps indéfinis, qui peuvent se chiffrer en millions d’années. Certains types de rétrovirus endogènes se retrouvent chez pratiquement tous les mammifères actuels, indiquant qu’ils sont installés là bien avant la première grande expansion et diversification de cette classe d’animaux ( on parle de  » radiation adaptative  » ), il y aurait environ 100 millions d’années ; une datation qui fait encore l’objet de controverses.
Ces rétrovirus endogènes représentent 8% de notre génome. Pour mesurer l’importance de ce chiffre il faut savoir que la fraction d’ADN qui code pour toutes les protéines nécessaires à notre organisme (les gènes proprement dits) ne représente que 2% du génome, soit 4 fois moins ! De quoi donner des angoisses à tous ceux qui diabolisent la transgenèse !

Mais que font donc là ces envahisseurs génétiques?
On savait déjà depuis longtemps que ces rétrovirus endogènes jouent un rôle par leur mobilité. Ils peuvent éventuellement  » sauter   » d’un site à un autre dans les chromosomes de l’hôte, provoquant des mutations ou modifiant la régulation des gènes. Événements qui peuvent être soit délétères pour l’hôte, soit bénéfiques pour favoriser l’adaptation à de nouvelles conditions de milieu ou pour créer des innovations évolutives. Ce sont donc des agents mutagènes internes (« biologiques », pour reprendre un terme très à la mode ). Ceci est d’ailleurs vrai pour tous les éléments génétiques mobiles qui, toutes catégories confondues, représentent près de 50 % de notre ADN !
Dans l’article sur les OGM j’écrivais en 2008 :  » C’est maintenant un fait bien acquis, tous les êtres vivants de notre planète sont le résultat d’une évolution de plus de 3 milliards d’années où se sont produits des échanges génétiques de toutes sortes entre espèces et entre organismes très différents. Ceux qui apportaient une innovation avantageuse ont été favorisés par le jeu de la sélection naturelle et se sont perpétués au fil de l’évolution. La question que se posent maintenant les évolutionnistes est celle de l’impact de ces transferts sur le déroulement du processus évolutif : négligeable ou déterminant ? Les données scientifiques de ces dernières années laisseraient penser qu’ils ont pu apporter des innovations décisives au cours de l’évolution.  »

Mais ce passage concernait surtout les innovations par transferts de gènes entre espèces, c’est à dire par transgenèse spontanée et de ce point de vue, les rétrovirus parce qu’ils s’insèrent nécessairement dans le génome, peuvent être considérés comme de bons vecteurs potentiels, utilisés d’ailleurs dans les recherches en thérapie génique. Cependant, jusqu’ici il n’avait pas été montré que l’expression même de leurs propres gènes pouvait intervenir directement dans la physiologie et dans l’évolution de leur hôte.

C’est chose faite depuis 2009 par les recherches d’une équipe de l’Institut Gustave Roussy à Villejuif et confirmé par d’autres travaux depuis. Je vais tenter de résumer les choses de la manière la plus brève et la moins technique qu’il soit possible. Les lecteurs qui voudront en savoir plus pourront se reporter à un article du CNRS ou, pour les plus courageux, à un article en accès libre publié en 2011 dans Médecine/Sciences par les auteurs de la découverte.

Le génome des rétrovirus contient 3 gènes nécessaires à la réalisation d’un cycle viral complet. L’un d’eux est le gène env qui permet la synthèse d’une protéine de l’enveloppe virale ( voir schéma au début du texte ). Cette protéine a 2 fonctions :
1) elle permet de fusionner la membrane virale avec la membrane des cellules hôtes, fonction essentielle pour le virus car c’est ce qui lui permet de pénétrer dans les cellules, mais la même fonction peut permettre aussi la fusion de deux cellules entre elles,
2) elle diminue des défenses immunitaires de l’hôte, facilitant ainsi l’infection par le virus.

Il se trouve que 2 gènes du génome humain spécifiquement exprimés au niveau du placenta permettent la synthèse de protéines appelées syncytines ayant aussi ces 2 fonctions. D’une part, elles sont capables de provoquer la fusion de cellules entre elles ; d’autre part, elles sont  immunosuppressives. La première fonction permet la formation du placenta, zone d’interface étroite entre l’embryon et l’utérus maternel, la seconde fonction empêche que l’embryon ne soit rejeté par les défenses immunitaires de la mère.
Or, d’après toutes les données expérimentales, il apparaît que ces gènes humains sont des gènes env de rétrovirus endogènes. Ils sont installés depuis très longtemps dans les génomes car ils se retrouvent chez tous les primates ( dont nous sommes ). Ils sont donc là depuis l’origine de cette lignée, il y a quelques 20 millions d’années. D’autres gènes analogues se retrouvent chez les rongeurs, et d’autres encore chez les carnivores, toujours d’origine rétrovirale.

Infection d’une cellule par un rétrovirus et fusion de 2 cellules dont l’une porte à sa surface la protéine env. Le rôle de cette protéine est similaire dans les 2 cas. D’après Médecine/Science 2011 N° 27 A. Dupressoir et T. Heidmann p. 163-169.

Pour expliquer l’ensemble des données connues, les auteurs proposent le scénario suivant. Il y a environ 150 millions d’années, chez des mammifères encore ovipares, l’utilisation par l’espèce hôte de gènes env de rétrovirus endogènes, aurait rendu possible l’acquisition des fonctions indispensables à la formation d’une interface mère-foetus même si celle-ci était au départ très rudimentaire. Au cours des âges, ce système aurait évolué par le remplacement de ces premiers gènes par d’autres env issus d’autres rétrovirus nouvellement intégrés dans les chromosomes. Ceci, ajouté à des innovations propres à l’hôte, aurait permis des perfectionnements favorisés par la sélection naturelle.
On pourrait aussi résumer les choses, de façon plus lapidaire et humoristique en disant que tous les mammifères placentaires ont pris naissance à partir d’une transgenèse entre un rétrovirus et un ancêtre de l’ornithorynque, ce petit mammifère canularesque qui est couvert de poils, allaite ses petits, mais a un bec de canard et pond des œufs.

Ornithorynques

J’entends déjà ( avec un malin plaisir, je dois l’avouer ! ) les cris d’orfraie des créationnistes et autres obscurantistes de tout poil.

Ainsi, contrairement à la vision commune, les virus ne sont pas uniquement des agents pathogènes nuisibles, les relations génétiques très étroites qu’ils ont avec leurs hôtes peuvent  leur conférer un rôle positif dans l’évolution, soit comme vecteurs de transgenèse entre espèces, soit par l’apport de leurs propres fonctions, comme dans l’exemple que nous venons de voir. Tous les virus, y compris ceux des bactéries, sont actuellement l’objet d’un débat scientifique. Certains généticiens pensent qu’ils n’ont joué qu’un rôle négligeable dans l’évolution mais d’autres, au contraire, leur accordent un rôle très important, voire essentiel ; ces travaux récents apportent de l’eau à leur moulin.

Crédits : Schéma du VIH: CC Los Alamos National Laboratory. Ornithorynque : domaine public.

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