E-infectious Diseases

Les virus dont nous sommes constitués

Erwan Sallard1,*, Patrick Forterre2,3, Diane Letourneur4,*, Arthur Cousson1,*

* contributeurs réguliers de la plateforme

1 École Normale Supérieure de Paris, 45 rue d’Ulm, 75005 Paris, France

2 Institut de Biologie Intégrative de la Cellule, CNRS, Université Paris-Saclay, 91198 Gif sur Yvette Cedex, France

3 Institut Pasteur, F-75015 Paris, France

4 École Normale Supérieure de Lyon, 15 parvis René Descartes, Lyon Cedex 07, France

Introduction

Les êtres vivants au sens strict sont constitués de cellules capables de se nourrir et de se multiplier de manière autonome. Au contraire, les virus sont des parasites intracellulaires obligatoires : pour qu’une particule virale (un virion*) se multiplie, elle doit infecter une cellule et en détourner les ressources pour répliquer* son génome* et produire de nouveaux virions, souvent au prix de la mort de la cellule infectée. Cependant, les virus peuvent adopter des modes de vie non infectieux qui évitent, au moins temporairement, la lutte à mort entre virus et cellules. Certains virus peuvent modifier leur activité et survivre dans les cellules qu’ils ont déjà infectées sans les tuer et sans en infecter de nouvelles. Au cours de l’évolution et de leur cohabitation, parfois longue, avec leurs cellules hôtes, les virus peuvent en devenir partie intégrante, voire y devenir indispensables. À partir de deux entités que tout opposait, on aboutit alors à un être hybride d’origine à la fois cellulaire et virale. À des degrés divers, tous les organismes actuels, y compris l’être humain, ont hérité de ces deux origines.

Dans cet article, nous étudierons la grande diversité de modes de vie non infectieux que peuvent adopter les virus, et comment apparaissent des hybrides cellule-virus.

Lexique

Les mots définis dans le lexique sont repérés par une astérisque lors de leur première utilisation dans le texte.

commensal : organisme ou élément génétique qui profite de son hôte pour se multiplier sans lui apporter ni bénéfice ni dommage

cycle lysogénique : type de cycle de vie viral où le virus s’intègre dans le génome cellulaire sous forme de provirus* et y reste inactif pendant une période plus ou moins longue, avant de reprendre un cycle lytique*

cycle lytique : type de cycle de vie viral où le virus détourne les ressources de sa cellule hôte dès qu’il l’infecte, pour répliquer son génome* et produire de nouveaux virions*, qui sont ensuite relâchés hors de la cellule et peuvent aller infecter de nouveaux hôtes

élément viral endogène (EVE) : provirus* fixé dans le génome* de son hôte depuis une longue période ou ayant perdu la capacité d’en repartir

eucaryotes : les organismes cellulaires se divisent entre bactéries, archées et eucaryotes. Ces derniers regroupent les organismes dont les cellules contiennent des noyaux, c’est-à-dire entre autres les animaux, les végétaux et les champignons

exaptation : réutilisation d’une structure biologique (par exemple, un gène ou une protéine) pour une fonction différente que celle qu’elle exerçait jusqu’alors

expression génétique : processus permettant la synthèse de protéines ou de molécules d’ARN dont les propriétés sont déterminées par l’information portée par le gène exprimé

génome : ensemble des molécules d’ADN ou d’ARN portant l’information génétique d’une cellule ou d’un virus

métabolisme : ensemble des réactions chimiques permettant à un organisme de survivre, croître et interagir avec son milieu

phage = bactériophage : virus spécifique de bactérie

plasmide : petite molécule d’ADN présente dans une cellule en nombre variable et assurant sa propre réplication*

prophage : génome* de phage intégré dans le génome bactérien. Un prophage est un provirus*.

provirus : génome* viral intégré dans le génome cellulaire.

réplication : processus par lequel 2 molécules d’ADN ou d’ARN identiques sont produites à partir d’une seule. La réplication est à la base de la multiplication des cellules et des virus et permet la transmission de l’information génétique entre ancêtres et descendants

symbiose : interaction à bénéfices mutuels entre 2 organismes ou éléments génétiques

syncytium : structure formée par la fusion de plusieurs cellules entre elles

transcription : production à partir d’une molécule d’ADN d’une molécule d’ARN portant la même information génétique. Ce processus est effectué par une protéine nommée ARN polymérase

transcription inverse : production à partir d’une molécule d’ARN d’une molécule d’ADN portant la même information génétique. Ce processus est effectué par une protéine nommée transcriptase inverse.

transposon : fragment d’ADN inséré dans un génome mais capable d’y changer d’emplacement

usine virale : compartiment assemblé par certains virus à l’intérieur de leur cellule hôte où ils répliquent leur génome* et produisent de nouveaux virions*

virion = particule virale : structure constituée d’une ou plusieurs molécules d’ADN ou d’ARN, constituant le génome viral, entourées d’une structure protéique nommée capside et parfois de membranes

 

La bactérie, le phage et le péril

Le phage* λ est un virus qui infecte la bactérie Escherichia coli. Généralement, il enclenche un cycle lytique* lorsqu’il infecte la bactérie : il détourne les ressources cellulaires pour répliquer son génome et produire de nouveaux virions. La bactérie finit par mourir, soit par lyse (le virus fait exploser la cellule pour libérer les nouveaux virions qui ont été produits), soit par épuisement de ses ressources. Cependant, dans certains cas, le phage enclenche un cycle lysogénique* : il intègre son ADN dans le génome de la bactérie (l’ADN viral intégré est nommé provirus*) et reste inactif (cf “Le virobiote : savez-vous que nous abritons des virus ? Et faut-il s’en inquiéter ?”, publié sur cette plateforme). Sous sa forme lysogénique (aussi appelée tempérée), le phage produit la protéine CI qui induit sa propre expression et inhibe l’expression* des gènes viraux impliqués dans la multiplication du virus : ce système assure un maintien stable du phage à l’état inactif, et permet à la bactérie de survivre. Plutôt que de se multiplier en produisant de nouveaux virions, le phage laisse la bactérie se multiplier elle-même : puisque la bactérie réplique fidèlement son ADN et le transmet à sa descendance, le prophage* intégré dans l’ADN bactérien est lui aussi répliqué et transmis. Le mode de vie de provirus est évolutivement avantageux dans certaines circonstances, puisqu’un phage lytique qui infecte tous ses hôtes potentiels finit par disparaître faute de bactérie survivante (cf “Interactions Parasitiques Jeunes, Reine Rouge et Franchissement de la Barrière d’Espèce”, publié sur cette plateforme). Néanmoins, si une bactérie meurt, tous ses prophages meurent avec elle : la survie du phage tempéré dépend donc de sa capacité à quitter la bactérie au bon moment.

Lorsque l’ADN d’Escherichia coli est endommagé, la bactérie produit une protéine nommée RecA, qui peut réparer l’ADN. Cependant, la réparation peut échouer, et l’expression de RecA est donc un signe que la bactérie est en danger et va probablement mourir. Ce signal provoque le changement du mode de vie du phage tempéré : RecA clive CI, ce qui induit l’entrée du phage en cycle lytique et donc la production de virions [59]. Les prophages fuient la bactérie en danger comme des rats quittant un navire qui sombre.

Toutefois, il est possible qu’une bactérie ne rencontre pas de danger pendant des millénaires, au cours desquels le prophage demeure inactif au sein du génome de la bactérie. Progressivement, le prophage accumule des mutations, qui l’empêchent parfois de reprendre un cycle lytique : le prophage est alors complètement sédentarisé de la bactérie, dont il est devenu incapable de s’émanciper. Il n’est alors plus vraiment différent d’un gène bactérien classique. Pour le distinguer des virus infectieux, on le nomme élément viral endogène* (EVE). Outre le phage λ, de nombreux autres phages sont capables d’adopter un mode de vie lysogénique, et peuvent évoluer en EVE de la même manière : on trouve ainsi dans tous les génomes bactériens des gènes d’origine virale.

 

Figure 1 : le phage λ peut persister sous forme de prophage, et évoluer en élément viral endogène ou reprendre un mode de vie infectieux

 

Une grande diversité d’EVE dans nos génomes

Les bactéries ont accumulé un grand nombre d’EVE au cours de leur évolution, si bien qu’environ 10% de leurs gènes sont d’origine virale [14]. L’émergence de gènes d’origine virale est plus rapide que celles des gènes strictement cellulaires, puisqu’il peut suffire d’une infection par un phage tempéré pour qu’elle ait lieu. Par conséquent, les EVE jouent un rôle majeur dans l’évolution et la diversité des bactéries [4].

Le mode de vie lysogénique n’est pas présent uniquement chez les phages : beaucoup d’autres virus sont capables de s’intégrer dans le génome de leur cellule hôte sous forme de provirus, et d’évoluer en véritables EVE.

C’est par exemple le cas des rétrovirus, une famille dont fait partie le VIH, le virus du SIDA. Ces virus disposent d’un génome d’ARN (une molécule proche de l’ADN), à partir duquel une molécule d’ADN portant la même information génétique est synthétisée par la transcriptase inverse*, une protéine virale, lors de l’infection. L’ADN viral est inséré dans le génome cellulaire par une autre protéine virale, l’intégrase. Le provirus ainsi généré permet à son tour la production de plusieurs copies de l’ARN viral (par un processus nommé transcription*), mais peut aussi rester inactif pendant de longues périodes. La phase provirale est un passage obligé du cycle de vie des rétrovirus, ce qui explique qu’on trouve un grand nombre d’EVE issus de cette famille dans le génome humain. Outre les rétrovirus, presque toutes les familles virales infectant l’être humain ont des cousins intégrés dans notre génome sous forme de provirus [17,28].

Les gènes d’EVE peuvent être exaptés* par l’hôte, c’est-à-dire réutilisés avec des fonctions différentes de celles qu’ils remplissaient dans le virus dont ils sont originaires. Par exemple, la glycoprotéine d’enveloppe du rétrovirus JRSV, qui infecte les moutons, permet au virus d’infecter des cellules quand elle se fixe sur son récepteur. La glycoprotéine de enJRSV, un rétrovirus endogène du mouton qui est un très proche cousin de JRSV, se fixe sur le même récepteur et empêche ainsi le virus pathogène d’y accéder et d’infecter son hôte [54]. Tout se passe comme si le virus enJRSV avait changé de camp dans la guerre qui oppose les animaux à leurs parasites. C’est un phénomène relativement fréquent, puisqu’un grand nombre de gènes d’EVE confèrent une protection contre les cousins des virus dont ils proviennent [1].

Figure 2 : cycle de vie d’un rétrovirus et protection de l’hôte par un élément viral endogène

De l’ADN baladeur dans nos cellules

Certains rétrovirus endogènes ont perdu la capacité à produire des virions, mais peuvent encore exprimer leur transcriptase inverse et leur intégrase. Ainsi, lorsque l’EVE est transcrit, l’ARN viral ne peut pas quitter la cellule dans laquelle il est ; au contraire, il peut être directement rétrotranscrit en ADN et intégré dans le génome cellulaire. Au lieu d’obtenir un génome viral intégré dans deux cellules différentes, ce qui est le cas à l’issue d’un cycle de vie chez les rétrovirus infectieux, on obtient deux copies du même EVE dans la même cellule. Le rétrovirus endogène s’est en quelque sorte copié et collé à un autre endroit du génome : il s’est transposé, on parle donc de rétrotransposon. Les rétrotransposons sont les EVE les plus nombreux dans nos génomes, dont ils constituent un tiers [13].

Il existe d’autres types de transposons*. Certains fonctionnent de manière “copier-coller”, comme les rétrotransposons, d’autres de manière “couper-coller”. Ces derniers sont incapables de se multiplier, mais peuvent tout de même changer de place dans un génome.

Figure 3 : les trois principaux types de transposons

Le seul point commun à tous les transposons est la présence de séquences d’ADN permettant leur reconnaissance par une transposase, une protéine (ou plusieurs) qui assure l’excision ou la réplication du transposon ainsi que son intégration à un autre emplacement du génome. Certains transposons codent leur propre transposase, d’autres dépendent de celles codées par d’autres transposons.

On trouve des transposons chez tous les organismes, dont ils constituent souvent une part importante du génome : par exemple, il représentent la moitié du génome humain (qui comprend plus d’1.5 millions de transposons [13]), et même 70% chez le maïs. Cette proportion est probablement sous-estimée, car les transposons les plus anciens ont eu le temps d’accumuler tellement de mutations qu’ils ne sont plus reconnaissables [40]. Presque tous les transposons ont perdu la capacité de se transposer, car leur transposase est inactivée ou parce que leurs séquences de reconnaissance ont muté [28]. Le transposon est alors immobilisé et fossilisé dans le génome.

Chez le maïs, on observe parfois que les grains d’un même épi de maïs sont de couleurs différentes, un phénomène nommé mosaïcisme. Tous les grains disposent des mêmes gènes responsables de la couleur, mais l’arrivée ou le départ d’un transposon à proximité des ces gènes peut modifier leur expression [44]. En fonction des transpositions qui ont eu lieu au cours du développement de l’épi, la couleur de différents grains peut donc varier.

Figure 4 : contrôle de l’expression génétique par un transposon.

a : épis de maïs mosaïques. b : détermination de la couleur des grains de maïs en fonction de la localisation d’un transposon

L’expression de nombreux gènes (environ un quart chez l’humain [31]) est contrôlée par des transposons. Les transposons sont ainsi l’un des facteurs majeurs d’évolution chez de nombreux organismes, puisque la transposition permet de modifier rapidement l’expression de certains gènes, ce qui peut faciliter l’adaptation des organismes à un nouvel environnement [16,17].

Parfois, les protéines codées par les transposons ou des fragments de ces protéines sont exaptées par la cellule hôte [28] : par exemple, l’incorporation de fragments de transposases dans une protéine cellulaire peut lui permettre de se fixer à l’ADN et lui conférer des fonctions de régulation de l’expression génétique [16]. Ces exaptations sont à l’origine du principal système d’immunité antivirale chez les bactéries et les archées, qui est aussi utilisé artificiellement depuis peu pour éditer des génomes : le système CRISPR-Cas. La protéine Cas, qui participe à ce système, est issue de transposons nommés casposons [36]. En coupant la molécule d’ADN à un emplacement prédéfini, elle permet au casposon de se détacher de l’ADN cellulaire, puis d’ouvrir ce dernier à un autre endroit pour que le casposon s’y réinsère ; cette activité de découpage de l’ADN a été réutilisée par beaucoup de bactéries et d’archées pour détruire l’ADN de virus infectieux.

Figure 5 : exaptation de la transposase Cas dans le cadre de l’immunité bactérienne antivirale

Cependant, beaucoup de transposons n’ont pas de fonction biologique directe : il s’agit d’éléments dits égoïstes, qui ne contribuent pas au fonctionnement de la cellule et de l’organisme, mais assurent leur propre multiplication [7,33]. Ils s’accumulent dans les génomes et sont transmis de génération en génération comme le reste de l’ADN, en tant que commensaux*, c’est-à-dire comme des auto-stoppeurs qui se laissent transporter. Leur existence ne tient qu’à leur capacité à se transposer et à celle de leurs véhicules (les organismes qui les contiennent) à survivre et se reproduire.

Les transposons peuvent même avoir des effets délétères sur leurs hôtes : par exemple, les transposons peuvent être à l’origine de cancers lorsqu’ils modifient l’expression de certains gènes ou les inactivent en s’insérant au milieu [38,39].

Figure 6 : les transposons peuvent provoquer des cancers

De même que les provirus peuvent reprendre un cycle lytique, certains transposons ont conservé des gènes permettant la production de virions [27,51]. Ils peuvent donc alterner entre les modes de vie de transposon et de virus infectieux. Certains de ces transposons, les polintons, sont supposés être à l’origine de nombreux virus strictement infectieux comme celui de la variole [37].

Les plasmides : des provirus solitaires

L’information génétique des cellules est portée par une ou plusieurs grandes molécules d’ADN nommées chromosomes. Certains organismes, majoritairement des bactéries, disposent en plus de molécules d’ADN plus petites et de nombre variable : les plasmides*. Ces molécules peuvent se répliquer indépendamment des chromosomes, sont généralement non essentielles pour la cellule et sont facilement transmissibles entre bactéries par un processus nommé conjugaison. Beaucoup de plasmides portent des gènes d’origine virale, ce qui indique qu’ils dérivent de virus lysogéniques qui, au lieu de s’intégrer dans un chromosome, ont conservé leur génome séparé de celui de la cellule, ou bien se sont intégrés dans un plasmide préexistant [21,37]. Certains plasmides semblent être issu de transposons, eux-mêmes d’origine virale lointaine [37].

Parfois, ce sont les virus qui dérivent de plasmides : certaines familles virales sont issues de plasmides qui ont incorporé des gènes d’autres virus [34,35] qui leur ont permis d’adopter un mode de vie infectieux. Des histoires évolutives plus complexes sont aussi observées, puisqu’il est possible qu’un plasmide, un transposon ou un virus soient des entités chimériques dont les différents constituants ont des origines différentes [32].

La plupart des bactéries ont un seul chromosome, mais certaines bactéries, comme Vibrio cholerae (le pathogène responsable du choléra) ont un deuxième chromosome qui porte des séquences caractéristiques de plasmides. Ce chromosome dérive peut-être d’un virus disposant d’un très grand génome, qui aurait persisté sous forme d’un plasmide si grand qu’il est désormais considéré comme un chromosome [21].

Il a été proposé que l’ADN est apparu chez des virus et a par la suite été exapté par les organismes cellulaires, qui auraient eu jusqu’alors un génome d’ARN [20]. D’après cette théorie, un virus à ADN se serait sédentarisé comme plasmide dans une cellule à ARN, puis aurait progressivement incorporé les gènes cellulaires par transcription inverse [21]. Si cette théorie est exacte, nous ne somme pas tant des organismes cellulaires ayant incorporé des fragments viraux que l’inverse.

Les virus endogènes comme armes biologiques

Les guêpes parasitoïdes pondent leurs oeufs dans d’autres insectes, qui servent ensuite de garde-mangers vivants aux larves de guêpe. Cependant, le système immunitaire des proies est capable d’éliminer les oeufs, et la survie des guêpes parasitoïdes dépend donc de leur capacité à le combattre. Certaines espèces dépendent pour se faire de provirus nommés polyDNAvirus [55]. Lorsque la guêpe pond, elle dépose dans sa proie non seulement ses oeufs, mais aussi des virions produits par le provirus. Les virions infectent la proie de la guêpe et y produisent des protéines immunosupprimantes qui empêchent le système immunitaire de détruire l’oeuf de guêpe, et d’autres protéines qui modifient le métabolisme* et la croissance de la proie d’une manière favorable à la larve de guêpe [12]. Les polyDNAvirus ont évolué à partir de virus infectant les guêpes, qui se sont sédentarisés chez leur hôte et ont échangé des gènes avec lui : le provirus a incorporé plusieurs gènes originaires de la guêpe [15], y compris des transposons [25,57], et s’est retrouvé séparé en plusieurs segments à différentes positions dans son génome [10].

Figure 7 : les polyDNAvirus, des virus endogènes de guêpes parasitoïdes, sont utilisés comme arme biologique par leurs hôtes

 

L’utilisation de virus comme armes biologiques n’est pas d’une anomalie limitée à quelques animaux étranges, puisque la guêpe parasitoïde est parfois prise à son propre jeu : lorsque la guêpe Aphidius ervi pond dans le puceron du pois, un provirus d’une bactérie symbiotique* de ce dernier produit des toxines, qui inhibent le développement de la larve de guêpe [46].

Certaines souches de la bactérie Bacillus subtilis disposent d’un provirus nommé PBSX qui produit des virions quand la bactérie est exposée à la mytomycine C, un antibiotique. Les virions tuent spécifiquement les bactéries qui ne disposent pas du provirus [45]. Ce provirus est donc une arme domestiquée par la bactérie, qui lui permet d’éliminer ses concurrentes lorsque les conditions de vie dans son milieu deviennent hostiles. Ce processus est assez fréquent dans la compétition inter-bactérienne [5,6,24].

 

Figure 8 : le prophage PBSX, une arme biologique de Bacillus subtilis

Dans certaines conditions, le prophage lysogénique rentre en cycle lytique. La bactérie chez qui cela se produit meurt, mais ses cousines porteuses du prophage survivent, alors que les bactéries non apparentées sont éliminées.

Les virus endogènes ne permettent pas seulement aux bactéries de se battre entre elles, mais aussi de devenir des pathogènes [8,9,11]. Par exemple, le choléra est provoqué par une toxine produite par les bactéries Vibrio cholerae infectées par le prophage CTXΦ [58]. Ce phage est capable d’adopter les modes de vie aussi bien infectieux ou proviral que plasmidique.

Quand les virus volent les gènes de leurs hôtes

Comme nous avons commencé à le voir avec les polyDNAvirus, ce sont non seulement les animaux, les plantes, les bactéries et autres qui peuvent se viraliser en intégrant des virus endogènes, mais aussi les virus qui peuvent s’animaliser, se plantifier ou se bactérifier en incorporant des gènes de leurs hôtes [18,29,49,50].

Par exemple, certains virus d’animaux, comme le virus du sarcome de Kaposi [52], le cytomégalovirus [43] ou la famille du virus de la variole [30], ont incorporé des gènes cellulaires impliqués dans la diminution de la réponse immunitaire : chez l’hôte, ces gènes permettent d’éviter les inflammations excessives et les maladies auto-immunes, mais une fois exaptés par les virus, ils permettent aux pathogènes d’échapper au système immunitaire de leur hôte.

Quand les virus passent d’une forme provirale à une forme infectieuse, ils peuvent incorporer des gènes cellulaires lors de leur excision hors du génome cellulaire. Ce phénomène est à l’origine de la transduction, un processus par lequel un phage transporte un gène cellulaire d’une bactérie à une autre (cf Le virobiote : savez-vous que nous abritons des virus ? Et faut-il s’en inquiéter ?, publié sur cette plateforme). La transduction est l’une des principales causes de transfert de gènes de résistance aux antibiotiques entre espèces bactériennes [26].

 

Les virus à l’origine des eucaryotes ?

Les êtres vivants cellulaires se divisent en 3 grandes catégories : les bactéries, les archées et les eucaryotes*. Ces derniers regroupent entre autres les animaux, les plantes et les champignons. L’ADN des cellules eucaryotes est contenu dans des compartiments qui n’existent que chez ces organismes : le noyau, qui contient l’essentiel du génome, et les mitochondries. Ces dernières produisent l’énergie des cellules et ont évolué à partir d’une bactérie symbiotique (les virus ne sont pas les seuls à pouvoir former des organismes chimériques avec leurs hôtes) dont elles ont conservé une partie du génome. La transcription et la réplication de l’ADN mitochondrial ainsi que la transcription de l’ADN du noyau sont effectuées par des protéines qui ressemblent plus à des protéines virales qu’à aucune autre protéine cellulaire [19,41,53]. On pense que des virus disposant de ces protéines se sont intégrés dans le génome d’un ancêtre des eucaryotes, qui s’est retrouvé avec au moins 2 exemplaires de chacune des protéines concernées puisqu’il disposait déjà d’un équivalent d’origine cellulaire. Les gènes d’origine cellulaire, désormais dispensables, ont ensuite été perdus.

De nombreux virus assemblent des usines virales* dans les cellules qu’ils infectent : ils enveloppent leur génome et les molécules cellulaires qu’ils détournent dans des membranes produites par la cellule. Les usines virales remplissent la même fonction que le noyau des eucaryotes : elles contiennent un génome et les molécules nécessaires à sa réplication. Certaines usines virales, y compris chez des phages [48], présentent une structure ou un mode d’assemblage qui ressemblent fortement à celui du noyau : il a donc été proposé que ce dernier a été exapté de virus qui construisaient des usines virales [22]. De même que les membranes des usines virales protègent le virus des systèmes de défense de son hôte, la première fonction du noyau était peut-être de protéger le génome de l’hôte contre les infections virales.

Si ces théories sont exactes, les eucaryotes ont hérité des virus certains éléments essentiels des compartiments qui les caractérisent.

 

Des virus indispensables à notre survie

De la même manière que les larves d’insectes ont leurs guêpes parasitoïdes, l’être humain a son propre parasite : l’être humain. Pour se développer, l’embryon doit prélever des ressources à sa mère, ce qu’il fait par l’intermédiaire du placenta. Cet organe est en partie constitué d’un syncytium* assemblé à partir de cellules embryonnaires et maternelles fusionnées ensemble. La fusion entre ces cellules est induite par une protéine nommée syncytine 1, codée par un rétrovirus endogène. En effet, les rétrovirus ont besoin de faire fusionner leur membrane avec celle d’une cellule pour l’infecter : lorsqu’un rétrovirus s’est fixé dans le génome de nos ancêtre il y a environ 30 millions d’années [42], la capacité de faire fusionner des membranes a été exaptée par l’organisme, assurant une meilleure survie et croissance des embryons qui pouvaient désormais prélever des ressources à leur mère plus facilement [47]. La syncytine 1 est désormais absolument nécessaire à la survie et au développement de l’embryon chez l’être humain, de même que quelques autres gènes issus de rétrovirus endogènes [47]. Par exemple, la syncytine 2 protège l’embryon du système immunitaire maternel qui pourrait le considérer comme un corps étranger devant être éliminé [3]. La syncytine 2, qui à l’origine protégeait un rétrovirus du système immunitaire de son hôte, a été exaptée par ce qui est en quelque sorte un autre type de parasite.

 

Figure 9 : exaptation des protéines syncytine 1 et syncytine 2 issues de rétrovirus endogènes pour la protection et la croissance de l’embryon

Conclusion

Le mode de vie infectieux n’est pas le seul que les virus peuvent adopter. Il existe un continuum de modes de vie entre les virus infectieux, les plasmides (qui se multiplient activement et peuvent infecter de nouvelles cellules par conjugaison), les transposons (qui se multiplient activement mais sont généralement confinés à leur cellule hôte), les provirus et les éléments viraux endogènes fossilisés dans les génomes cellulaires. Les transitions d’une forme à une autre sont possibles dans les deux sens et on en trouve de nombreux exemples au cours de l’évolution. En changeant de mode de vie, les virus demeurent parfois des pathogènes, mais peuvent aussi acquérir des fonctions bénéfiques voire indispensables pour l’organisme qui les porte. Les organismes cellulaires, et aussi les virus, sont des chimères dont les différents composants ont des origines différentes, aussi bien virales que cellulaires. Puisque provirus, EVE et transposons constituent au moins la moitié de notre génome, on peut même dire que nous sommes plus des virus qu’autre chose.

 

Références

[1] Aswad A, Katzourakis A (2012). Paleovirology and virally derived immunity. Trends in Ecology and Evolution 27(11):627-636

[2] Bell, P.J. (2001) Viral eukaryogenesis: was the ancestor of the nucleus a complex DNA virus? J. Mol. Evol. 53, 251-256

[3] Blaise S, de Parseval N, Benit L, Heidmann T. 2003. Genome-wide screening for fusogenic human endogenous retrovirus envelopes identifies syncytin 2, a gene conserved on primate evolution. PNAS 100:13013–18

[4] Bobay LM, Rocha EP, Touchon M (2013) The adaptation of temperate bacteriophages to their host genomes.Mol Biol Evol30(4):737–751.

[5] Bossi L et al. (2003). Prophage Contribution to Bacterial Population Dynamics. J Bacteriol 185(21):6467-6471

[6] Briand YM, Baysse C (2002). The pyocins of Pseudomonas aeruginosa. Biochimie 64(5-6):499-510

[7] Brookfield, J.F. The ecology of the genome — mobile DNA elements and their hosts. Nature Rev. Genet.6, 128–136 (2005)

[8] Brüssow H et al. (2004). Phages and the Evolution of Bacterial Pathogens: from Genomic Rearrangements to Lysogenic Conversion. Microbiol & Mol Biol Rev 68(3):560-602. DOI: 10.1128/MMBR.68.3.560-602.2004

[9] Brüssow, H. (2007) Bacteria between protists and phages: from antipredation strategies to the evolution of pathogenicity. Mol. Microbiol. 36, 583-589

[10] Burke G, Strand M. Systematic analysis of a wasp parasitism arsenal. Mol. Ecol., 23 (2014), pp. 890-901

[11] Casas V, Maloy S (2011). Role of bacteriophage-encoded exotoxins in the evolution of bacterial pathogens. Future Microbiol 6(12). https://doi.org/10.2217/fmb.11.124

[12] Clémençon P et al. (2019). Une plante, une chenille, une guêpe et des microorganismes symbiotiques: des interactions multitrophiques emboîtées. Médecine / Sciences 6-7(35):586-588. https://doi.org/10.1051/medsci/2019116

[13] Cordaux R, Batzer M. The impact of retrotransposons on human genome evolution. Nat Rev Genet 10:691–703 (2009). https://doi.org/10.1038/nrg2640

[14] Cortez, D., Forterre, P., Gribaldo, S. (2009) A hidden reservoir of integrative elements is the major source of recently acquired foreign genes and ORFans in archaeal and bacterial genomes. Genome Biol. 10(6), R65

[15] Espagne E et al. Genome sequence of a polydnavirus: insights into symbiotic virus evolution. Science, 306 (2004), pp. 286-289

[16] Feschotte, C. Transposable elements and the evolution of regulatory networks. Nat Rev Genet 9, 397–405 (2008). https://doi.org/10.1038/nrg2337

[17] Feschotte, C., Gilbert, C. Endogenous viruses: insights into viral evolution and impact on host biology. Nat Rev Genet 13, 283–296 (2012). https://doi.org/10.1038/nrg3199

[18] Filée, J., Forterre, P., Sen-Lin, T. et al. Evolution of DNA Polymerase Families: Evidences for Multiple Gene Exchange Between Cellular and Viral Proteins . J Mol Evol 54, 763–773 (2002). https://doi.org/10.1007/s00239-001-0078-x

[19] Filée, J., Forterre, P. (2005) Viral proteins functioning in organelles: a cryptic origin? Trends Microbiol. 13, 510-513

[20] Forterre, P. (2002) The origin of DNA genomes and DNA replication.Curr. Opin. Microbiol. 5, 525-532.

[21] Forterre, P. (2006) Three RNA cells for ribosomal lineages and three DNA viruses to replicate their genomes: a hypothesis for the origin ofcellular domain. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 3669-3674

[22] Forterre P, Prangishvili D (2009). The Great Billion-year War between Ribosome- and Capsid-encoding Organisms (Cells and Viruses) as the Major Source of Evolutionary Novelties. Natural Genetic Engineering and Natural Genome Editing 1178: 65–77. doi: 10.1111/j.1749-6632.2009.04993.xc

[23] Forterre P, Prangishvili D (2009). The origin of viruses. Research in Microbiology 160 (2009) 466-472

[24] Gama JA, Reis AM, Domingues I, Mendes-Soares H, Matos AM, et al. (2013) Temperate Bacterial Viruses as Double-Edged Swords in BacterialWarfare. PLoS ONE 8(3): e59043. doi:10.1371/journal.pone.0059043

[25] Guo X, Gao J, Li F, Wang J.2014. Evidence of horizontal transfer of non-autonomous Lep1 Helitrons facilitated by host–parasite interactions. Sci Rep 4:5119

[26] Haaber, J., Leisner, J., Cohn, M. et al. Bacterial viruses enable their host to acquire antibiotic resistance genes from neighbouring cells. Nat Commun 7, 13333 (2016). https://doi.org/10.1038/ncomms13333

[27] Harshey, R.M. The Mu story: how a maverick phage moved the field forward. Mobile DNA 3, 21 (2012). https://doi.org/10.1186/1759-8753-3-21

[28] Holmes E (2011). The Evolution of Endogenous Viral Elements. Cell Hosts & Microbes 10(4):368-377

[29] Hughes A, Friedman R (2003). Genome-Wide Survey for Genes Horizontally Transferred from Cellular Organisms to Baculoviruses. Molecular Biology and Evolution, Volume 20, Issue 6, June 2003, Pages 979–987, https://doi.org/10.1093/molbev/msg107

[30] Hughes A, Friedman R (2005). Poxvirus genome evolution by gene gain and loss. Molecular Phylogenetics and Evolution 35(1):186-195. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2004.12.008

[31] Jordan, I.K., Rogozin, I.B., Glazko, G.V. & Koonin, E.V. Origin of a substantial fraction of human regulatory sequences from transposable elements. Trends Genet.19, 68–72 (2003)

[32] Kapitonov V, Jurka J (2006). Self-synthesizing DNA transposons in eukaryotes. PNAS 103(12):4540-4545

[33] Kidwell, M.G. & Lisch, D.R. Perspective: transposable elements, parasitic DNA, and genome evolution. Evolution Int. J. Org. Evolution55, 1–24 (2001)

[34] Krupovic, M., Ravantti, J.J. & Bamford, D.H. Geminiviruses: a tale of a plasmid becoming a virus. BMC Evol Biol 9, 112 (2009). https://doi.org/10.1186/1471-2148-9-112

[35] Krupovic M, 2013. Networks of evolutionary interactions underlying the polyphyletic origin of ssDNA viruses. Current Opinion in Virology 3(5):578-586

[36] Krupovic, M., Makarova, K.S., Forterre, P. et al. Casposons: a new superfamily of self-synthesizing DNA transposons at the origin of prokaryotic CRISPR-Cas immunity. BMC Biol 12, 36 (2014). https://doi.org/10.1186/1741-7007-12-36

[37] Krupovic, M., Koonin, E. Polintons: a hotbed of eukaryotic virus, transposon and plasmid evolution. Nat Rev Microbiol 13, 105–115 (2015). https://doi.org/10.1038/nrmicro3389

[38] Kurth, R. & Bannert, N. Beneficial and detrimental effects of human endogenous retroviruses. Int. J. Cancer126, 306–314 (2010)

[39] Lamprecht, B. et al. Derepression of an endogenous long terminal repeat activates the CSF1R proto-oncogene in human lymphoma. Nature Med.16, 571–579 (2010)

[40] Lander, E.S. et al. Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature 409, 860–921 (2001)

[41] Guglielmini J et al. (2019). Diversification of giant and large eukaryotic dsDNAviruses predated the origin of modern eukaryotes. PNAS http://doi.org/10.1073/pnas.1912006116/-/DCSupplemental.

[42] Lavialle C, Cornelis G,Dupressoir A, Esnault C, Heidmann O,Vernochet C, Heidmann T. 2013 Paleovirology of ‘syncytins’, retroviral env genes exapted for a role in placentation. Phil Trans R Soc B 368:20120507.http://dx.doi.org/10.1098/rstb.2012.0507

[43] Lin YL et al. (2008). Identification of novel viral interleukin-10 isoforms of human cytomegalovirus AD169. Antiviral Research 131(2):213-223. doi:10.1016/j.virusres.2007.09.011

[44] McClintock, B. Controlling elements and the gene. Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol.21, 197–216 (1956).

[45] Okamoto K et al. (1967). Properties of the defective phage of Bacillus subtilis. Journal of Molecular Biology 34(3):419-428

[46] Oliver KM, Degnan PH, Hunter MS, Moran NA. Bacteriophages encode factors required for protection in a symbiotic mutualism. Science 2009 ; 325 : 992-4

[47] Rawn, S. M. & Cross, J. C. The evolution, regulation, and function of placenta-specific genes. Annu. Rev. Cell Dev. Biol.24, 159–181 (2008)

[48] Chaikeeratisak V et al. (2017). The Phage Nucleus and Tubulin Spindle Are Conserved among Large Pseudomonas Phages. Cell Reports 20:1563–1571 http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2017.07.064

[49] Rohrmann G. Baculovirus Molecular Biology, National Library of Medicine, National Center for Biotechnology Information, Bethesda (2013)

[50] Rosario, K. & Breitbart, M. Exploring the viral world through metagenomics. Curr. Opin. Virol. 1, 289–297 (2011).

[51] Sandmeyer, S. B. & Menees, T. M. Morphogenesis at the retrotransposon-retrovirus interface: gypsy and copia families in yeast and Drosophila. Curr. Top. Microbiol. Immunol. 214, 261–296 (1996)

[52] Sarid R et al. Transcription mapping of the Kaposi’s sarcoma-associated herpesvirus (human herpesvirus 8) genome in a body cavity-based lymphoma cell line (BC-1). J Virol (1998) 72(2):1005-1012

[53] Shutt, T.E., Gray, M.W. (2006) Bacteriophage origins of mitochondrial replication and transcription proteins. Trends Genet. 22, 90-95

[54] Spencer, T. E., Mura, M., Gray, C. A., Griebel, P. J. & Palmarini, M. Receptor usage and fetal expression of ovine endogenous betaretroviruses: implications for coevolution of endogenous and exogenous retroviruses. J. Virol.77, 749–753 (2003)

[55] Strand M, Burke G (2015). Polydnaviruses: From discovery to current insights. Virology 479-480:393-402

[56] Takemura, M. (2001) Poxviruses and the origin of the eukaryotic nucleus. J. Mol. Evol. 52, 419-425

[57] Thomas J, Schaack S, Pritham EJ.2010. Pervasive horizontal transfer of rolling-circle transposons among animals. Genome Biol Evol 2:656–664

[58] Waldor MK, Mekalanos JJ. Lysogenic conversion by a filamentous phage encoding cholera toxin. Science 1996; 272:1910 – 4; http://dx.doi.org/10.1126/science.272.5270.1910; PMID: 8658163

[59] Waldor MK, Friedman DI. Phage regulatory circuits and virulence gene expression. Curr Opin Microbiol 2005; 8:459 – 65; http://dx.doi.org/10.1016/j.mib.2005.06.001; PMID: 15979389

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