Introduction
La reproduction sexuée implique la transmission verticale du matériel génétique des parents à la progéniture. Cependant, des transferts horizontaux de matériel génétique, qui se produisent en dehors de la filiation directe, peuvent également avoir lieu entre individus de la même espèce (transferts intraspécifiques) ou d'espèces différentes (transferts interspécifiques). Ces transferts modifient le génome des espèces réceptrices. Cet article explore le rôle essentiel des acides aminés dans le placenta des mammifères, en mettant en lumière l'influence des transferts de gènes, en particulier via les rétrovirus endogènes, sur l'évolution de cet organe vital.
Transfert de matériel génétique : un aperçu historique
La découverte du transfert de matériel génétique remonte aux travaux de Fred Griffith en 1936. Griffith travaillait sur des souches de pneumocoques, distinguant la souche R (rugueuse) de la souche S (lisse) en raison de la présence d'une capsule de polysaccharides. La souche S était mortelle pour les souris, contrairement à la souche R. Griffith a découvert que des bactéries R vivantes pouvaient acquérir un caractère pathogène après avoir été mélangées à des bactéries S tuées par la chaleur, un phénomène qu'il a appelé "transformation bactérienne".
Joshua Lederberg a découvert en 1947 que les bactéries d'une même espèce pouvaient échanger des gènes sans reproduction par un mécanisme appelé "conjugaison bactérienne". Lederberg a étudié la reproduction de la bactérie Escherichia coli. La souche A était déficiente pour la synthèse des trois acides aminés (biotine, phénylalanine et cystéine). Il a réalisé deux cultures témoins en boîte de pétri sur un milieu minimum ne contenant aucun des 6 acides aminés : une boîte de culture ne possédant que la souche A et une boîte de culture ne possédant que la souche B. Ainsi, en théorie, aucune des 2 souches de bactéries ne devrait pouvoir survivre sur ce milieu. Il en conclut que les bactéries de la souche A avaient pu récupérer les gènes permettant la synthèse de la biotine, de la phénylalanine et de la cystéine présents chez la souche B. Il y avait donc eu des échanges de gènes entre des bactéries vivantes par contact les unes aux autres. Les bactéries peuvent échanger de courts fragments d'ADN circulaires appelés plasmides. Ces plasmides, découverts par Esther Lederberg, se répliquent de manière autonome et séparément de l'ADN chromosomique. Une bactérie donneuse émet un pilus qui se connecte à une bactérie receveuse, formant un pont cytoplasmique. Le plasmide de la bactérie donneuse subit une réplication, et une copie est transférée à la bactérie receveuse.
Esther Lederberg a mis en évidence l'existence d'un bactériophage, un virus spécialisé dans l'infection des cellules bactériennes, qu'elle a nommé "phage lambda". Le phage λ se fixe sur la membrane bactérienne et libère son matériel génétique dans le cytoplasme. Le chromosome bactérien est lysé, et la machinerie cellulaire est détournée pour produire les protéines de la capside virale. La capside est ensuite reconstituée, enfermant l'ADN viral répliqué, et les nouveaux virus sortent de la cellule, la détruisant. Parfois, le pouvoir lytique du phage λ "sautait" plusieurs générations, suggérant que le matériel génétique viral s'insérait dans le matériel génétique bactérien et y restait pendant plusieurs générations. Dans ce cycle, appelé "cycle lysogène", l'ADN du phage λ devenu endogène à l'ADN bactérien est appelé "prophage".
Transferts interspécifiques et évolution
Les transferts interspécifiques peuvent se réaliser par le biais de vecteurs comme les virus. L'ADN d'un virus d'eucaryote peut parfois s'intégrer à l'ADN de la cellule et rester dormant quelque temps, devenant endogène et intégrant définitivement le génome de l'organisme receveur. Ce mécanisme peut expliquer l'apparition de caractères identiques chez plusieurs espèces n'appartenant pas aux mêmes branches évolutives.
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Deux séquences homologues de deux espèces différentes sont orthologues si elles descendent d'une séquence unique présente dans le dernier ancêtre commun aux deux espèces. Cependant, l'apparition récente d'un gène chez une espèce peut indiquer un transfert de ce gène depuis une autre espèce.
Rétrovirus endogènes et le placenta
Un rétrovirus est un virus dont le génome est constitué d'ARN et dont le cycle viral comprend une étape de rétrotranscription au cours de laquelle un ADN est produit à partir de cet ARN. Le rétrovirus possède une enzyme spécifique appelée transcriptase inverse. L'ADN complémentaire du génome viral s'intègre dans le génome de la cellule hôte et est utilisé par la machinerie cellulaire pour fabriquer des protéines virales. Certains rétrovirus sont devenus endogènes, intégrant définitivement le génome de la cellule hôte.
Le placenta est une structure commune aux marsupiaux et aux placentaires. Chez les mammifères placentaires, le placenta est le premier organe à se former à partir des cellules du fœtus. Il permet un ancrage dans l'utérus maternel et des échanges de nutriments, de gaz et de déchets avec la mère. À l'interface foeto-maternelle, on observe une couche de cellules d'origine fœtale entièrement fusionnées, constituant une structure multinuclée sans limite cellulaire distincte appelée syncytiotrophoblaste.
Les chercheurs ont identifié dans le syncytiotrophoblaste de l'Homme deux protéines, les Syncytines 1 et 2, impliquées dans la fusion cellulaire conduisant à cette structure. Le rétrovirus MSRV (Multiple sclerosis-associated retrovirus) a été découvert chez des personnes atteintes de sclérose en plaques. L'étude des séquences peptidiques des protéines fusiogènes montre que la syncytine 1 a 87,9 % d'identité avec la protéine d'enveloppe MSRW, alors que la syncytine 2 n'en a que 22,1 %. Le gène HERWE1, situé sur le chromosome 7, provient d'un transfert du gène ENV en provenance du rétrovirus HERV-W proche du rétrovirus MSRV, transfert qui s'est effectué dans les cellules germinales.
La comparaison de la séquence protéique de la syncytine 1 de l'Homme avec celle de la protéine du rétrovirus exogène MSRV révèle une similitude de 87,9 %. Les pourcentages d'identité sont presque les mêmes chez tous les grands singes (Gibbon, Orang-outan, Gorille, Chimpanzé, Homme) et chute à 24,9 % chez le Babouin. Ceci corrobore l'idée que la syncytine 1 est d'origine virale et que la capture et l'intégration de la séquence d'intérêt a eu lieu dans la branche menant aux hominoïdes après sa séparation avec celle qui mène aux cercopithèques (macaques, babouins etc.).
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Acides aminés et fonction placentaire
La production de syncytine n'est pas propre aux primates. On a mis en évidence l'expression de 2 syncytines dites A et B dans le placenta de rongeurs (souris, rats), et des expériences d'invalidation du gène de la syncytine A ont montré qu'en son absence, les embryons meurent à mi-gestation. L'architecture placentaire de ces embryons est perturbée, entraînant une diminution des échanges fœto-maternels, un retard de croissance et finalement la mort de l'embryon. Le placenta des primates Hominoïdes est donc beaucoup plus efficace que celui des autres primates car il possède 2 syncytines.
Un rétrovirus a joué un rôle prépondérant dans cette évolution : c'est le virus HERV-W (Human Endogenous Retrovirus-W). Celui-ci aurait été intégré lors d'une infection de cellules germinales d'un ancêtre primate il y a environ 30 millions d'années. Cette infection a permis l'intégration de l'ADN viral puis sa transmission d'une génération à une autre, intégrant ainsi de manière permanente l'information génétique dans le génome. Il est donc devenu endogène. La passation intergénérationnelle est en grande partie due à l'implication des mécanismes de défense antiviraux qui ont permis la désactivation du virus avant qu'il n'ait le temps de compléter son cycle réplicatif.
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