Illustration copyright Jacques Clavreul

Les rétrovirus, passagers clandestins de notre ADN

Un virus est un parasite obligatoire qui a besoin d'un foyer d'accueil, une cellule eucaryote, dont il pourra détourner les machineries pour les obliger à fabriquer de très nombreuses copies de lui même, les virions. La cellule consacre ainsi toute son énergie à produire les molécules virales et à les assembler. Au final, les virions s'échappent de la cellule qui ne survit pas à une telle expérience !

Comment fait le virus pour berner les systèmes d'alarme qui s'activent normalement dans une cellule en présence d'un intrus ? En premier lieu, il se débarrasse des enveloppes qui le rendent repérable et libère son génome constitué d'un filament d'ARN (Acide Ribonucléique). Pour échapper définitivement au contrôle de la cellule, cet ARN va ensuite se camoufler au cœur de l'ADN de nos cellules en s'insérant parmi nos gènes. Cependant, l'ARN viral n'étant formé que d'un seul brin, il ne peut pas s'intégrer directement dans la double hélice d'ADN. Pour déjouer ce problème, le virus réalise 2 copies de son ARN de façon à former une molécule à 2 brins. Cette version « humanisée » du génome viral (provirus) peut dès lors s'intégrer parmi nos gènes. Par la suite, lorsque nos gènes s'expriment, les machineries cellulaires qui patrouillent à leur niveau sont incapables de repérer le provirus camouflé et le prennent en charge au même titre que les gènes environnants. Les gènes proviraux s'expriment alors et la ronde infernale est lancée… c'est l'infection.

Le virus peut changer de cachette…

Certains rétrovirus ne se manifestent qu'une seule fois dans notre vie, voire jamais. Dans ce cas, le silence du virus signifie qu'il s'est intégré dans une région d'ADN que nous n'utilisons pas. Le provirus dont les protéines ne sont plus produites perd alors sa virulence. Cependant, lors des divisions cellulaires, le provirus est copié et transmis aux cellules filles au même titre que le reste du génome. A l'occasion, une copie du provirus peut se déplacer vers une autre région du génome par un phénomène complexe appelé familièrement « saut de gènes ». Les séquences issues des sauts répétés du provirus sont appelées rétro-transposons ou simplement transposons. Ces sont les cellules germinales  (ou sexuelles) qui tolèrent le mieux ces phénomènes car elles sont capables de réparer les cassures sur l'ADN que génèrent ces déplacements.

Nous transmettons tous des séquences provirales à nos descendants

Les cellules germinales sont  formées très précocement au cours de l'embryogénèse et sont destinées à produire nos gamètes, spermatozoïdes et ovules. Lors de leur formation, ces cellules subissent de nombreux remaniements chromosomiques occasionnant des cassures/recollages de fragments chromosomiques, cela sous le contrôle de systèmes de réparation très performants. Ces cellules sont donc particulièrement tolérantes aux sauts de gènes.

Depuis nos plus lointains ancêtres, à chaque génération, les transposons se multiplient et se déplacent dans le génome de nos cellules de façon aléatoire. Leur nombre et leur position sont uniques chez chacun de nous, excepté les vrais jumeaux. La cartographie des transposons nous identifie de façon aussi fiable que nos empreintes digitales. C'est ce qu'on appelle l'empreinte génétique, utilisée de nos jours par la police scientifique et lors des recherches en filiation.

Rétrovirus, acteurs de l'évolution

L'expansion extraordinaire des transposons a provoqué une forte augmentation de la taille du génome eucaryote dont ils représenteraient aujourd'hui plus de 90% ! En fait, les mammifères dont nous faisons partie utilisent moins de 5% de leur ADN pour produire leurs protéines.

Il arrive qu'au cours de leurs copier-coller successifs, les transposons embarquent avec eux des morceaux  de nos propres gènes pour les réinstaller à distance, parfois au milieu d'un autre gène. Dans ce cas, un gène hybride est formé qui code le plus souvent pour une protéine aberrante, parfois toxique. Pourtant, dans certains cas, ces protéines chimères rendent l'organisme qui en hérite plus performant.

Les transposons aussi finissent par se morceler et se stabilisent lorsqu'ils sont séparés des séquences nécessaires à leur mobilité. Toutefois, la cellule eucaryote continue d'utiliser ces séquences pour remanier en permanence son génome. Cette propriété qui favorise la variabilité génétique permet une adaptation aux changements de l'environnement en quelques générations. Il est certain que ce phénomène a très largement contribué à l'évolution.

Sans les rétrovirus, nous ne serions pas humains !

Pour illustrer la contribution des transposons à l'évolution, voici un exemple qui nous concerne directement : les mammifères dits euthériens dont nous faisons partie sont caractérisés par une gestation placentaire prolongée, le bébé naissant à un stade de développement très avancé. L'organe placentaire est indispensable à la nutrition du fœtus grâce aux échanges de nutriments et de gaz (oxygène et CO₂) entre le sang de la mère et celui du fœtus. Ces échanges se font au travers d'un tissu appelé syncytiotrophoblaste, jouant le rôle de filtre, qui se forme grâce à la fusion d'un grand nombre de cellules entre elles. Cette fusion est assurée par une protéine essentielle appelée Syncitine-1 et la perte de cette protéine se traduit par la mort in utero des embryons dès que la circulation fœto-maternelle se met en place. Cette protéine a donc été un facteur déterminant dans l'émergence des mammifères euthériens considérés comme les plus hauts perchés dans l'arbre de l'évolution. Or, cette protéine n'est autre qu'une protéine d'origine rétrovirale, stabilisée dans notre génome, et dont les cellules de mammifères exploitent aujourd'hui les propriétés fusogènes. Plus surprenant encore, des études récentes démontrent que l'apparition de l'organe placentaire, permise par cette protéine, corrèle avec le développement spectaculaire du néocortex, zone du cerveau qui est associée aux performances cognitives élaborées !

A propos de performances cognitives, une découverte non moins surprenante a été publiée récemment : les sauts de gènes se réactivent dans le cerveau humain adulte, lorsque les cellules souches se divisent pour produire de nouveaux neurones. Cela implique que nos neurones sont tous génétiquement différents les uns des autres ! Ce processus contribue très certainement à la grande plasticité du cerveau et l'acquisition d'apprentissages et de comportements qui sous-tendent  l'évolution de notre espèce.

Photo : synictine-2 By Bertrand Cornu (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons

A partir de telles observations, on peut admettre que les virus ne sont pas toujours les vecteurs de fléaux dévastateurs que l'on connaît. Ils apparaissent même comme des agents indispensables à la création d'une diversité génétique moteur de l'évolution. Un constat qui ne va pas à l'encontre du modèle darwinien mais le complète par cette contribution endosymbiotique des virus.

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Article rédigé par Valérie Mils, Maître de conférence en Biologie du développement -Centre de Biologie du développement  - Université Paul Sabatier à Toulouse. Mis en ligne le 15 avril 2013 suite à la campagne 2013 du SIDAction.