De reden waarom 10 procent van het menselijk genoom bestaat uit retrovirusgenen is gevonden

Virologen hebben een mechanisme ontdekt waarmee retrovirussen zich miljoenen jaren lang efficiënt konden vermenigvuldigen als onderdeel van het DNA van zoogdieren.

De belangrijkste taak van virussen wordt beschouwd als het doorgeven van hun eigen genen aan volgende generaties. In een poging zich koste wat kost voort te planten, verschillen alle virussen niet van andere levende organismen, waaronder de mens.

Het verschil zit in de uitzonderlijke eenvoud van de virusstructuur, die gereduceerd is tot één molecuul: de drager van het genoom, viraal RNA, DNA of, in sommige varianten, een combinatie daarvan. Een ander verschil van het virus zit in de dubbele toestand van het virus: de "dode" extracellulaire toestand van virale deeltjes, of virionen, die vrijwel geen onafhankelijke activiteit vertonen, en de "levende" toestand, wanneer het virus de gastheercel binnendringt en zich begint te vermenigvuldigen en zich integreert in het cellulaire mechanisme van DNA-transcriptie.

Pas relatief recent is gebleken, met de ontdekking van endogene retrovirussen, dat sommige virussen mogelijk geen virionstadium hebben.

Deze virussen geven hun eigen genen door aan volgende generaties zonder verder te gaan dan de cellen (vandaar hun naam: endogeen, met andere woorden intrageen), en hun genetische programma, ingebouwd in het cellulaire DNA, wordt beschouwd als een integraal onderdeel van het gastheergenoom.

Inmiddels is vastgesteld dat ongeveer 8–10% van het menselijk genoom bestaat uit nucleotide-sequenties van retrovirussen die onze evolutionaire voorouders tientallen miljoenen jaren geleden infecteerden.

Met andere woorden, een tiende van het menselijk DNA bestaat uit retrovirale genen die miljoenen jaren oud zijn ("retro" betekent dat deze virussen het mechanisme van omgekeerde transcriptie gebruiken om hun eigen genoom te repliceren: eerst begint het virale enzym reverse transcriptase één streng DNA te synthetiseren op viraal RNA, synthetiseert vervolgens een tweede streng op deze streng, en vervolgens wordt dit virale DNA, nadat het de kernmembraan van de cel is binnengedrongen, opgenomen in de gastheercel en functioneert het als een matrix voor de synthese van viraal RNA door de gastheercel).

Onderzoekers van het Oxford Instituut, samen met het Aarano Diamond Center for AIDS Research (New York, VS) en het Rega Instituut (België), besloten te achterhalen welk mechanisme ervoor zorgt dat oude retrovirussen zich in grote hoeveelheden in onze genen kunnen nestelen.

Daartoe bestudeerden ze het genoom van 38 zoogdieren. Uit dit genoom isoleerden ze regio's met retrovirale nucleotidesequenties en vergeleken deze vervolgens in silico (met andere woorden, in silicium, met behulp van gespecialiseerde computerwiskundige methoden) op overeenkomsten, verschillen en de rol die ze innemen in het virale DNA-gebied.

Uit de analyse bleek dat een bepaalde categorie endogene retrovirussen op een bepaald moment in hun evolutie het env-gen verloren heeft. Het env-gen is verantwoordelijk voor het eiwit dat het virus helpt de cel binnen te dringen.

Het verlies van het vermogen om andere cellen te infecteren betekende niet het verlies van het vermogen om zichzelf te repliceren. Het was alleen zo dat de volledige levensduur van het virus zich binnen de gastcel begon af te spelen, parallel aan zijn eigen levensduur, met behulp van virale mobiele DNA-segmenten - retrotransposons.

Het meest interessante is echter dat naarmate bepaalde retrovirussen hun infectieuze functie verloren, hun vertegenwoordiging binnen het genoom snel toenam, met als gevolg dat het genetische materiaal van virussen in het DNA van zoogdieren dominant werd.

Door verschillende genomen te vergelijken, vatten de onderzoekers de veelzijdigheid van dit fenomeen samen: het verlies van besmettelijkheid resulteerde in een 30-voudige toename van de hoeveelheid viraal materiaal.

Zijn endogene retrovirussen gevaarlijk voor de gezondheid?

Virussen zijn perfect in staat hun eigen genen te verspreiden, doordat ze zich als passagiers in het menselijk DNA hebben geregistreerd zonder schade aan het transport te veroorzaken. Voor de eigenaar zijn ze in de meeste gevallen niet-pathogeen, niet-infectieus, vormen ze geen viriondeeltjes (met andere woorden, ze infecteren niemand) en staan ze onder de controle van cellulaire DNA-transcriptie.

Vanuit een ander perspectief bekeken, zijn er aanwijzingen dat sommige endogene retrovirussen (zoals sommige exogene die bijvoorbeeld Rous-sarcoom, lymfomen en myelopathieën veroorzaken) oncogeen potentieel hebben en de ontwikkeling van kanker kunnen stimuleren. Wat de processen in gang zet die het lichaam dwingen dergelijke risico's te dragen, is echter nog onduidelijk. De studie van "fossiele" virussen in ons genoom staat nog in de kinderschoenen, dus de meest informatieve ontdekkingen die ons dwingen ons lichaam vanuit een compleet andere hoek te bekijken, liggen nog in het verschiet.