fluidité des génomes, rôle des éléments transposables
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Fluidité des génomes, rôle des éléments transposables
Bonnivard, Eric et Higuet, Dominique
UMR 7138
Systématique, Adaptation, Evolution
Equipe : Génétique et évolution
Espèces taille du génomeen Mb
E.T. en % du génome
Saccharomyces cerevisiae
Dictyostelium discoideum
Caenorhabditis elegans
Arabidopsis thaliana
Drosophila melanogaster
Fugu rubripes
Oriza sativa
Zea mays
Homo sapiens
Mus musculus
Hordeum vulgare
Vicia faba
12
34
97
125
180
400
430
2 500
3 300
3 250
5 000
13 000
3%
10%
6%
14%
15-20%
2%
14%
60%
44%
40%
55%
>75%
Importance des éléments transposables dans les génomes
Diversité des éléments transposables : mode de transposition
IntermédiaireARN
IntermédiaireADN
Transcription inverse ADNc
Transcription inverse
au site d’insertion ADNg
Intégration dans le génome par une intégrase
Intégration dans le génome par une
Tyrosine Recombinase
Excision d’un site donneur
intégration à un site receveur
Transposition
Transposons
LINE - SINE
Rétrotransposons à LTR Dirs
LINEs (Long Interspersed Nuclear Elements)
SINEs (Short Interspersed Nuclear Elements)
EN RTORF (TAA)n
tRNA-relatedregion
tRNA-unrelatedregion
AT-richregion
A B
A et B séquences consensus du promoteur RNA polymerase III
(TAA)n
Taille: 1 000 à 7 000pb
Taille : 100 à 500pb
Diversité des éléments transposables : structures
Transposons
ITRITR
Taille: 300 à 5000 pb
Ty3/Gyspy/Pao PR IntRT RHPol
Gag LTR LTR
Ty1/Copia PR Int RT RHPol
Gag LTR LTR
Dirs/Pat RT RHPol
Gag
Dirs1
MTYR
RT RHPol
Gag MT YR
Kangaroo
Diversité des éléments transposables : structures
Rétrotransposons à LTR
Dirs
Diversité des éléments transposables : séquences
Ty3/gypsy
Pao/Bel
E.T. Levure
Nématode Arabette Drosophile Homme
LTRNb copiesNb familles% génome
LINE-SINENb copiesNb familles% génome
TransposonsNb copiesNb familles% génome
33153.1
000
000
2410.1
611120.4
3083125.3
1594706.4
515100.7
2203806.8
31722
875
824
443 103
1048.3
2426 103
633.6
294 103
632.8
Répartition des différents types d’éléments transposables
Histoire d’ invasions
19301930-401950
LINEHobo transposonP transposon
Particularité de D. melanogaster:Invasion du génome par 3 éléments transposables différents
Invasion du génome d’une espèce suite à un transfert horizontal
1) Seulement des souches vides avant 1950
C) L’élément P de D. melanogaster est identique à 99% de celui de l’espèce D. willistoni (Amérique central)
A) Une invasion bien documentée
B) L’élément P est absent des espèces proches du sous-groupe melanogaster
3) Dernière souche vide observée en central Eurasie au milieu des années 1970s
2) Première souche avec des éléments P en Amérique centrale au début des années 1950s
Cycle de vie d’un élément transposable
Acquisition par transfert horizontal
Perte par dérive ouAmplification du nombre de copies
(invasion du génome puis de l’espèce)
Acquisition des systèmes de régulationPeu ou pas de transposition, stabilisation
du nombre de copies
Extinction:Immobilisation par mutation. Perte par dérive, délétion et accumulation de mutations
Conservation: du fait de leurs impacts sur les
génomes
Re-mobilisation suite à des stress
Transfert horizontal
Impact des éléments transposables sur le génome
-En tant que séquences répétées : ~ remaniement chromosomique ~ exon « shuffling »
- Du fait de leur insertion dans des gènes:
~ modification des transcrits~ exon « shuffling »
- régulation de l’expression des gènes
- Du fait de leur recrutement par le génome
Recombinaison ectopique et remaniement chromosomique
-Inversion chromosomique
-Délétion chromosomique
antennapediaresponsible for
dominant phenotype
DOC DOC
transcription transcription
Recombinaisonectopique entraînant un échange des premiers exons de
chacun des gènes
Recombinaison ectopique et échange d’exons
D'après Schneuwly et al., 1987, EMBO J. vol 6.
La Drosophile possède des pattes à la place des antennes
Impact des éléments transposables sur le génome
-En tant que séquences répétées : ~ remaniement chromosomique ~ exon « shuffling »
- Du fait de leur insertion dans des gènes:
~ modification des transcrits~ exon « shuffling »
- Régulation de l’expression des gènes
- Du fait de leur recrutement par le génome
Chez l’homme:27% des gènes présentent dans leur 5’ ou 3’ UTR un ET
4% des gènes présentent un ET dans leur séquence codante
Chez la souris:18% des gènes présentent dans leur 5’ ou 3’ UTR un ET
Eléments transposables (ETs) et évolution des gènes
D'après Van de Lagemaat et al., 2003,TRENDS in Genetics Vol. 19.
Création de nouveaux promoteurs
LTR LTR
gag pol
Formation de LTR solo
U3 R U5
Initiation de la transcription
Terminaison de la transcription
Création de nouveaux exons
Un élément transposable peut créer un nouvel exon en s’insérant dans un gène.
Cela peut arriver quand il s’insère dans un exon existant, mais il est alors souvent contre sélectionné.
Cela peut arriver quand il s’insère dans un intron, il crée alors un gène codant alors une protéine avec un nouveau domaine. Il peut alors être sélectionné positivement ou négativement, ou encore fixé par dérive.
OU
Brassage d’exons
Gène A
exon 1 exon 2 exon 3 exon 4
Gène B
exon a exon b exon c
exon 2
Gène B
exon a exon b exon cexon 2
E.T. E.T.
seq. terminale répétée
seq. terminale répétée Excision par l’intermédiaire
de la transposase
Impact des éléments transposables sur le génome
-En tant que séquences répétées : ~ remaniement chromosomique ~ exon « shuffling »
- Du fait de leur insertion dans des gènes:
~ modification des transcrits~ exon « shuffling »
- régulation de l’expression des gènes
- Du fait de leur recrutement par le génome
Télomèrase et Rétrotransposons
Chez la Drosophile absence de télomérase pour maintenir l’intégrité des chromosomes après chaque réplication.
Un élément transposable de type LINE assure cette fonction, après chaque réplication il transpose de façon spécifique à l’extrémité des chromosomes.
Ici c’est bien la capacité à transposer qui a été retenue par la sélection naturelle
Vsegments
Dsegments
Jsegments
Régionconstante
La recombinaison V(D)J
Locus Ig H lignée germinale
Locus Ig Hcellule B
(D’après Sadofsky 2001 Nuc. Ac. Res. 29(7), 1399-1409)
L’excision des fragments V(D) et D(J) qui génére la variabilité des immunoglobulines, a pour origine un élément transposable de type transposon
Comment considérés les éléments transposables d’un point de vue évolutif ?
ADN parasite
Forte capacité d’invasionMutations dues aux insertions
(effet délétères corrélés au nombre de copies)
Au début de leur cycle de vie
MAIS
Ils participent à leur propre régulation
Facteurs majeurs de la plasticité et l’évolution des génomes
Recrutement par le génome
“mutualiste”A la fin de leur cycle
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