Hoe stokoude virussen een rol spelen bij de vorming van een embryo

Retrovirussen zijn een groep virussen die zich onderscheiden door het vermogen om hun RNA genoom te herschrijven naar DNA. Dat DNA kan op zijn beurt worden ingeplakt in het genoom van een gastcel. Wanneer die zich deelt, wordt ook het genetisch materiaal van het retrovirus mee gekopieerd naar de dochtercel.  Als de geïnfecteerde cel een reproductieve cel is (zaadcel of eicel), gaat het genetisch materiaal over naar de volgende generatie tijdens de seksuele voortplanting.

Dat gebeurde miljoenen jaren geleden al, en heeft bijgedragen aan de diversiteit van het leven. Want sommige organismen ontwikkelden het vermogen om dit viraal DNA dat zich in hun genoom nestelde te tolereren, of zelfs om er hun voordeel uit te halen, verduidelijkt Nabil Djouder, onderzoeker verbonden aan het Spanish National Cancer Research Centre. 'Het lukt retrovirussen niet altijd om hun RNA als DNA achter te laten in het genoom van een gastorganisme over de generaties, daar zorgt het immuunsysteem voor. Maar als dat lukt wordt er dus viraal genetisch materiaal meegenomen langs het evolutionaire pad, met als gevolg dat genetische resten van retrovirussen aanwezig zijn in heel wat organismen, ook bij de mens.

Waardeloos DNA blijkt essentieel

Niet zo lang geleden werd dit genetisch materiaal afkomstig van retrovirussen afgeschreven als junk DNA, een term die verwees naar een deel van het genoom dat geen functionele rol leek te hebben. Het zou slechts gaan om evolutionaire restjes. Een achterhaalde opvatting, aldus Djouder. 'Dit zogezegde junk DNA waaronder ook de virale resten vallen, codeert inderdaad geen specifieke eiwitten. Het vervult echter wel belangrijke regulerende functies, zoals het behoud van de stabiliteit van het genoom en de structuur van chromosomen.'

De rol van dit niet-coderend DNA, inclusief dat van virale oorsprong, wordt volop onderzocht, ook door Djouder en zijn team. Hij ontdekte dat bij muizen een specifiek retrovirus-DNA, MERVL genoemd, de ontwikkeling van het embryo in de eerste momenten na de bevruchting reguleert, namelijk in de transitie van cellen van een totipotente naar een pluripotente staat, vertelt Djouder.

'Totipotentie verwijst naar het vermogen van een cel om in ieder mogelijk celtype te ontwikkelen. In de context van de ontwikkeling van het embryo zijn totipotente cellen ook in staat zich te ontwikkelen tot weefsel buiten het embryo, zoals de placenta. Pluripotente cellen zijn iets meer gespecialiseerd. Zij kunnen zich ontwikkelen tot ieder celtype in een organisme, maar niet tot extra-embryonaal weefsel. Deze cellen vormen de basis voor de latere ontwikkeling van weefsel en organen in het embryo.'

Het inzicht dat DNA afkomstig van een retrovirus de transitie van een totipotentie naar pluripotentie reguleert, laat zien hoe diep de gezamenlijke evolutie van virus en gastcel reikt, verduidelijkt Djouder. 'De stap die cellen in deze prille fase van de ontwikkeling van het embryo zetten, legt de basis voor de latere specificatie van cellen. DNA dat retrovirussen miljoenen jaren geleden inschreven in het genoom van hun gastheren, is dus alles behalve junk DNA, maar essentieel in de ontwikkeling van een embryo.'