TP3 : Diversification génétique et diversification du vivant

Activité 1 : Comprendre la notion de rétrovirus endogène ou exogène

Tous les rétrovirus (ou particule virale) sont formés de la même façon. On y reconnaît :

• une enveloppe dans laquelle sont enchâssées des protéines (glycoprotéines de surface) ;
• une capside formée d’un assemblage de protéines ;
• le génome viral en ARN à l’intérieur de la capside avec des enzymes, notamment la transcriptase inverse caractéristique des rétrovirus.

Le génome des rétrovirus comprend trois gènes : le gène Gag qui code les protéines de   la capside, le gène Pol qui code les enzymes indispensables à la reproduction du virus et le gène Env qui code les protéines d’enveloppe.

Les étapes du cycle viral peuvent être résumées ainsi :

• fixation du virus à une cellule de l’hôte grâce aux protéines d’enveloppe qui se lient à des récepteurs  membranaires cellulaires ; cela entraîne la fusion de l’enveloppe virale avec  la   membrane cellulaire et l’entrée de la capside virale dans la cellule. On qualifie ainsi les protéines Env de protéines fusiogènes.
• décapsidation et libération du génome viral dans la cellule ;
• rétro-transcription de l’ARN viral en ADN grâce à l’enzyme transcriptase inverse, transfert de l’ADN viral dans le noyau et incorporation dans l’ADN de la cellule hôte ;
• expression de l’ADN viral, ce qui conduit finalement à la production de nouvelles particules virales qui bourgeonnent à  la surface de la cellule parasitée et sont libérées. L’enveloppe virale est donc d’origine cellulaire. Les particules virales produites peuvent infecter d’autres cellules.

Le rétrovirus GALV (Gibbon) :

Ce virus parasite les lymphocytes des Gibbons et peut entraîner des leucémies. Il a la structure typique de tous les rétrovirus. Son cycle viral est typique de celui des rétrovirus.

Le rétrovirus KoRV :

C’est un rétrovirus appartenant à la même famille que GALV. Il parasite le Koala mais il est faiblement infectieux (il se reproduit peu) et peu pathogène. Son cycle peut donc être celui d’un rétrovirus classique. Mais chez beaucoup de Koalas, le provirus KoRV se trouve dans toutes les cellules du Koala parasité et notamment dans les cellules germinales. Chez ces Koalas, la production de nouveaux virions peut se faire à partir du provirus.

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Aides pour analyser ce document :

1. Etablir les caractéristiques communes aux  rétrovirus GALV et KoRV, puis les différences. Utiliser Anagène pour comparer les séquences (comparaison avec discontinuité) pour cela utiliser le fichier Korv-Galv.edi.
2. Avec les informations du document précédent, déduire pourquoi on peut dire que le virus KoRV  est un virus initialement exogène devenu endogène et que le virus GALV est un virus exogène.
3. Avec les informations du document précédent, proposer un mécanisme possible sur l’endogénisation du virus.

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Activité 2 : Comprendre l’apparition du placenta et donc l’apparition de la lignée des mammifères placentaires 

Document 1 : Le placenta, un organe commun à de nombreuses espèces :

Les « placentaires » forment un groupe de mammifères (3400 espèces) qui comme leur nom l’indique, ont en commun d’être dotés d’un placenta. On suppose que tous les mammifères placentaires ont hérité cet attribut d’un ancêtre commun, premier être vivant ayant bénéficié d’un placenta. Cette innovation évolutive permet la viviparité, le développement embryonnaire pouvant ainsi se dérouler au sein même de l’organisme maternel.

Document 2 : Les Syncytines

L’embryon humain juste avant sa nidation dans la paroi utérine est constitué par un massif cellulaire, à partir duquel se formera l’organisme, et d’une couche cellulaire externe, le trophoblaste. L’embryon s’implante dans la paroi grâce à son trophoblaste qui prolifère. Surtout, les membranes des cellules du trophoblaste fusionnent, ce qui en fait une couche multinucléée, le syncytiotrophoblaste, à l’origine du placenta par la suite. Dans ce trophoblaste, les chercheurs ont identifié deux protéines, les Syncytines 1 et 2 dont ils pensent qu’elles sont impliquées dans la fusion cellulaire conduisant au syncytiotrophoblaste. Ces protéines sont codées respectivement par deux gènes : le gène HERWE1, situé sur le chromosome 7, et le gène ERV-FRD1 situé sur le chromosome 6.

Ces deux gènes s’expriment uniquement dans le placenta, en particulier au début de sa formation : ils possèdent effectivement la capacité de faire fusionner des cellules entre elles, dans des tests réalisés sur des cellules en culture. Ces phénomènes de fusion cellulaire conduisent à la formation de structures géantes appelées « syncytia », constituées par la réunion de cellules individuelles en une seule « nappe » cellulaire multinucléée. Cette propriété a conduit à nommer les deux gènes en question gènes de « syncytine », et à faire l’hypothèse que les protéines codées par ces fameux gènes pourraient être responsables de la formation d’un constituant essentiel du placenta appelé syncytiotrophoblaste. Cette structure cellulaire constitue une interface continue et une zone d’échange entre le sang maternel et le sang fœtal. Elle joue un rôle crucial pour la survie du fœtus et serait nécessaire pour l’établissement de la tolérance immunitaire materno-fœtale peut-être par une diminution de la réponse immunitaire à ce niveau.

La production de syncytines n’est pas propre aux primates. On a mis en évidence l’expression de deux 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. Ces syncytines A et B de souris sont aussi codées par des gènes Env viraux et s’avèrent donc indispensables à la reproduction de l’espèce. Les gènes des syncytines de la souris montrent peu de similitudes avec les gènes humains, ce qui indique qu’ils ont une origine indépendante.

Document 3 : Séquences des gènes qui codent pour les syncytines 1 et 2 et du gène Env d’un rétrovirus MSRV (Multiple sclerosis-associated retrovirus)

Le rétrovirus MSRV est un virus qui a été trouvé chez des personnes atteintes de sclérose en plaque.

Avec le logiciel ANAGENE, ouvrir le fichier HERVWE1_ERV-FRD1_MSRV.edi

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Consigne :

• A partir de l’ensemble des documents proposés, expliquer l’origine du gène codant pour la syncytine qui a permis la mise en place du placenta donc de la lignée des mammifères placentaires.

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