Istraživači izvještavaju u časopisu Cell da bi drevni virusi mogli biti zahvalni za mijelin – i, shodno tome, naš veliki, složeni mozak.
Tim je otkrio da je genetski element koji potiče od retrovirusa ili „retrotranspozon“ neophodan za proizvodnju mijelina kod sisara, vodozemaca i riba. Sekvenca gena, koju su nazvali „retromijelin“, verovatno je rezultat drevne virusne infekcije, a poređenja retromijelina kod sisara, vodozemaca i riba sugerišu da su se retrovirusna infekcija i događaji invazije genoma dogodili odvojeno u svakoj od ovih grupa.
„Retrovirusi su bili potrebni da bi evolucija kičmenjaka uzela maha“, kaže stariji autor i neuronaučnik Robin Franklin sa Instituta za nauku Altos Labs-Cambridge. „Da nismo imali retroviruse koji su zalepili svoje sekvence u genom kičmenjaka, onda se mijelinizacija ne bi dogodila, a bez mijelinizacije, čitava raznolikost kičmenjaka kakvu poznajemo nikada se ne bi dogodila.
Mijelin je složeno, masno tkivo koje oblaže nervne aksone kičmenjaka. Omogućava brzu provodljivost impulsa bez potrebe za povećanjem prečnika aksona, što znači da nervi mogu biti zbijeni zajedno. Takođe pruža metaboličku podršku nervima, što znači da nervi mogu biti duži.
Mijelin se prvi put pojavio na drvetu života otprilike u isto vreme kada i čeljusti, a njegov značaj u evoluciji kičmenjaka je odavno prepoznat, ali do sada nije bilo jasno koji su molekularni mehanizmi pokrenuli njegovu pojavu.
Istraživači su primetili ulogu RetroMielina u proizvodnji mijelina kada su ispitivali mreže gena koje koriste oligodendrociti, ćelije koje proizvode mijelin u centralnom nervnom sistemu. Konkretno, tim je istraživao ulogu nekodirajućih regiona, uključujući retrotranspozone u ovim genskim mrežama – nešto što ranije nije istraženo u kontekstu biologije mijelina.
„Retrotranspozoni čine oko 40% naših genoma, ali ništa se ne zna o tome kako su mogli pomoći životinjama da steknu specifične karakteristike tokom evolucije“, kaže prvi autor Tanai Ghosh, računarski biolog sa Instituta za nauku Altos Labs-Cambridge. „Naša motivacija je bila da znamo kako ovi molekuli pomažu evolucionim procesima, posebno u kontekstu mijelinizacije.“
Kod glodara, istraživači su otkrili da RNK transkript RetroMielina reguliše ekspresiju osnovnog proteina mijelina, jedne od ključnih komponenti mijelina. Kada su eksperimentalno inhibirali retromijelin u oligodendrocitima i oligodendrocitim progenitorskim ćelijama (matične ćelije iz kojih su izvedeni oligodendrociti), ćelije više nisu mogle da proizvode osnovni protein mijelina.
Da bi ispitao da li je RetroMielin prisutan u drugim vrstama kičmenjaka, tim je tražio slične sekvence unutar genoma čeljusti kičmenjaka, kičmenjaka bez čeljusti i nekoliko vrsta beskičmenjaka. Oni su identifikovali analogne sekvence u svim drugim klasama kičmenjaka sa čeljustima (ptice, ribe, gmizavci i vodozemci), ali nisu pronašli sličnu sekvencu kod kičmenjaka ili beskičmenjaka bez čeljusti.
„Postojao je evolucioni nagon da se ubrza provođenje impulsa naših aksona, jer brža provodljivost impulsa znači da možete brže uhvatiti stvari ili pobeći od stvari“, kaže Frenklin.
Zatim, istraživači su želeli da znaju da li je RetroMielin nekada bio ugrađen u pretka svih čeljusti kičmenjaka ili je bilo odvojenih retrovirusnih invazija u različitim granama.
Da bi odgovorili na ova pitanja, konstruisali su filogenetsko stablo od 22 vrste kičmenjaka sa čeljustima i uporedili njihove retromijelinske sekvence. Analiza je otkrila da su retromijelin sekvence sličnije unutar nego između vrsta, što sugeriše da je retromijelin stečen više puta kroz proces konvergentne evolucije.
Tim je takođe pokazao da RetroMielin igra funkcionalnu ulogu u mijelinizaciji kod riba i vodozemaca. Kada su eksperimentalno poremetili sekvencu gena RetroMielin u oplođenim jajima zebrica i žaba, otkrili su da ribe i punoglavci u razvoju proizvode znatno manje mijelina nego obično.
Studija naglašava važnost nekodirajućih regiona genoma za fiziologiju i evoluciju, kažu istraživači. „Naši nalazi otvaraju novi put istraživanja kako bi se istražilo kako su retrovirusi generalno uključeni u usmeravanje evolucije“, kaže Goš.
