Moléculas virales antiguas son esenciales para el desarrollo humano

El material genético de infecciones virales antiguas es fundamental para el desarrollo humano, según investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de Stanford, en Palo Alto, California, Estados Unidos. Estos expertos han identificado varias moléculas de ARN no codificantes de orígenes virales que son necesarias para que un óvulo humano fertilizado adquiera la capacidad en el desarrollo temprano de convertirse en todas las células y tejidos del cuerpo.

El bloqueo de la producción de esta molécula de ARN detiene el desarrollo, como encontraron estos científicos. El descubrimiento viene de la mano de un estudio de Stanford de principios de este año que mostró que los embriones humanos tempranos están llenos de lo que parecen ser partículas virales derivadas de material genético similar olvidado.

'Estamos empezando a acumular pruebas de que estas secuencias virales, que originalmente pudieron haber amenazado la supervivencia de nuestra especie, fueron cooptadas por nuestros genomas para su propio beneficio', afirma Vittorio Sebastiano, profesor asistente de Obstetricia y Ginecología . 'De esta manera, es posible que incluso hayan contribuido a características específicas de especies y procesos celulares fundamentales, incluso en los seres humanos', añade.

Sebastiano, colíder y coautor de esta investigación, que se publica en la edición digital de la revista 'Nature Genetics', y sus colegas estaban interesados en aprender cómo las células se vuelven pluripotentes o capaces de convertirse en cualquier tejido del cuerpo. Un óvulo humano se convierte en pluripotente después de la fecundación, por ejemplo, y los científicos han aprendido cómo inducir otras células humanas totalmente desarrolladas para convertirse en pluripotentes al exponerlas a proteínas conocidas por estar presentes en el embrión humano temprano.

Pero no se conocen bien los detalles moleculares del meollo de la cuestión de este proceso de transformación. Los investigadores sabían que un tipo de moléculas de ARN llamado no codificantes largas intergénicas, o lincRNAs, han estado implicadas en muchos procesos biológicos importantes, como la adquisición de la pluripotencia. Estas moléculas están hechas de ADN en el genoma, pero no producen proteínas, sino que funcionan como moléculas de ARN que afectan a la expresión de otros genes.

Sebastiano y otro de los autores principales, Jens Durruthy-Durruthy, utilizaron técnicas de secuenciación de ARN recientemente desarrolladas para examinar qué lincRNAs están altamente expresadas en células madre embrionarias humanas. Anteriormente, este tipo de análisis se vio obstaculizado por el hecho de que muchas de las moléculas contienen regiones altamente similares y muy repetitivas que son difíciles de secuenciar con precisión.

Estos expertos identificaron más de 2.000 secuencias de ARN previamente desconocidas y encontraron que 146 se expresan específicamente en las células madre embrionarias. Se centraron en las 23 secuencias más altamente expresadas, que ellos denominaron HPAT1-23, y encontraron que trece de ellas se formaron casi en su totalidad por material genético dejado atrás después de una infección por un virus de hace muchas eras llamado HERV-H, que es lo que se conoce como un retrovirus.

Estos virus se propagan mediante la inserción de su material genético en el genoma de una célula infectada. De esta manera, el virus puede utilizar la maquinaria de proteínas de la célula para generar las proteínas virales para su montaje en una nueva partícula viral, que pasa luego a infectar otras células. Si la célula infectada es un espermatozoide o un óvulo, la secuencia retroviral también se puede transmitir a las generaciones futuras.

El virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) es un retrovirus común que en la actualidad infecta a los seres humanos, pero los genomas humanos también están llenos de secuencias remanentes de lejanas infecciones retrovirales. A diferencia del VIH, que puede pasar a infectar nuevas células, estas secuencias retrovirales se cree que son relativamente inertes, con millones de años de evolución y las mutaciones acumuladas que suponen que pocas mantienen la capacidad de dar instrucciones para generar proteínas.

Después de identificar HPAT1-23 en las células madre embrionarias, Sebastiano y sus colegas estudiaron la expresión en blastocistos humanos, células que surgen del óvulo en los primeros días después de la fecundación. Encontraron que HPAT2, HPAT3 y HPAT5 se expresaron sólo en la masa celular interna del blastocisto, que se convierte en el feto en desarrollo y que bloquear su expresión en una célula de un embrión de dos células detuvo la contribución de la célula afectada a la masa celular interna del embrión.

Otros estudios demostraron que también se requiere la expresión de los tres genes para la reprogramación eficiente de células adultas en células madre pluripotentes inducidas.  'Es la primera vez que se demuestra que estas moléculas de ARN derivadas de virus están directamente involucradas con y son necesarias para las etapas vitales del desarrollo humano -resalta Sebastiano--. Lo realmente interesante es que estas secuencias se encuentran sólo en los primates, aumentando la posibilidad de que su función pueda haber contribuido a las características únicas que distinguen a los humanos de otros animales'.

Los investigadores continúan sus estudios de todas las moléculas HPAT y ya han aprendido que HPAT-5 afecta específicamente a la pluripotencia mediante la interacción y el secuestro de miembros de otra familia de ARN implicada en la pluripotencia llamada let-7. 'Anteriormente, los elementos retrovirales se consideraron como una clase en la que todo funciona básicamente de la misma manera', afirma Durruthy-Durruthy.

'Ahora, estamos aprendiendo que funcionan como elementos individuales con funciones muy específicas e importantes en nuestras células. Es fascinante imaginar cómo, durante el curso de la evolución, los primates comenzaron a reciclar estos restos virales en algo que es beneficioso y necesario para nuestro desarrollo', agrega.