Université Pierre et Marie Curie

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Transposons

 

Les transposons sont des éléments d'ADN qui peuvent se déplacer d'un endroit à un autre sur un même brin d'ADN ou sur un autre brin. Pour faire de la transposition, aussi appelée recombinaison, un transposon a besoin d'enzymes spéciales telles une intégrase ou une transposase . C'est habituellement le transposon lui-même qui code pour ces protéines.

Deux types de transposition.

  • Transposition conservatrice : Une séquence d'ADN est transférée d'un site à un autre, entre un site donneur et un site accepteur
  • Transposition réplicative : l'élément transposable est transféré d'un site à un autre, tout en restant au site original. Cela conduit à une augmentation du nombre de copies de l'élément transposable.

Selon les éléments transposables, un mode ou l'autre, ou les deux seront employés.

Une variante de la transposition appelée rétro transposition est toujours réplicative car l'élément transposable n'est pas transféré en tant que tel, mais simplement copié.

A l'endroit d'insertion (cible, site accepteur), une courte séquence de 4 à 12 pb est dupliquée et encadre l'élément transposable. Ces deux séquences forment une répétition directe 5' - 3' et constituent une marque de reconnaissance de la transposition.

Certains éléments transposables s'insèrent préférentiellement à un locus du génome, d'autres sont plus généralistes et s'insèrent sur un chromosome particulier ou encore sur n'importe quel chromosome. Cela dépend de l'élément transposable lui même.

Trois types d'éléments transposables

Les transposons sont classés d'après leur mode de transposition.

  • Les transposons de type I se déplacent sur un mode " copier coller " en passant par l'intermédiaire d'un ARN. Leur transposition nécessite une réverse transcriptase qui est souvent codée par une phase ouverte de lecture incluse dans le transposon.
  • Les transposons de type II se déplacent selon un mode " couper coller " sans passer sous forme ARN. Ils restent sous forme d'ADN et codent la transposase nécessaire à leur transposition.

Enfin on a mis récemment des éléments transposables dont on ignore le mode de transposition : miniature insertional transpositions elements ou MITEs (transposons de type III XE "transposons de type III" ) dans les génomes d'Oryza sativa (105 éléments qui représentent 6%du génome) et Caenorhabditis elegans. Ils ont des extrémités inversées répétées de 15 bp séparées par 400bp, insuffisante pour coder une protéine. Ces éléments sont également présents chez l'homme le xénope , le pommier...

Transposons de type II

Les plus simples sont les séquences d'insertions (IS) :éléments transposables d'une longueur de 700 à 2500 pb. leurs extrémités sont constituées de séquences courtes répétées inversées. Ils contiennent 2 cadres de lecture ouverts (Ins A et Ins B) codant pour une ou deux formes de la transposase. Ainsi, les séquences d'insertions ne contiennent que les éléments nécessaires à la transposition.

Les autres transposons peuvent être flanqués par des séquences d'insertions ou des séquences inversées répétées (ITR inverted terminal repeats). Leur longueur varie de 2500 à 7000 pb. On les retrouve souvent en tant que familles de séquences répétées à travers le génome, car il existe de légères différences entre les séquences traduisant l'ancienneté de leur production et de leur divergence. En plus de la transposase, ils contiennent des gènes autres que ceux liés à la transposition. Certains transposons de la bactérie contiennent des gènes de résistance aux antibiotiques. D'autre part, plusieurs bactériophages sont en fait des transposons (Le bactériophage Mu est un grand transposon de 38'000 pb comprenant des protéines de structure nécessaires à l'encapsulation de l'ADN.) Chez la drosophile on voit depuis une quarantaine d'années les souches envahies par l'élément P

Figure 7- 13. Modèle de transposon de type II.

 

Figure 7- 14. Quelques transposons de type II.

 

Rétro transposons (type I)Rétro transposons (type I)

Ce sont des séquences d'ADN qui contiennent un gène codant pour la reverse transcriptase, catalysant la synthèse d'un brin d'ADN (ADN complémentaire ou ADNc) à partir d'un ARN. Il existe de nombreux types de rétro transposons et leur nomenclature est encore sujette à débat. Ils se différencient en fonction de

  • leur capacité à se transposer.
  • la présence de longues répétitions terminales (LTR).
  • leur capacité à former des particules virales.
pic011.jpg

Figure 7- 15. Rétrotransposons

 

Les rétrovirus ont une structure similaire aux transposons, mais possèdent des gènes spécifiques comprenant entre autre des gènes codant pour les protéines de la capside. Le virus HIV comprend trois protéines (gag, pol, env) flanquées de deux LTR

Les rétro séquences sont des séquences d'ADN qui sont le produit d'une transcription reverse (ARN images/tra90002.gifADNc), qui sont intégrées au génome, mais qui n'ont plus la capacité de se transposer. Elles sont reconnaissables car les introns sont absents, on trouve une séquence de poly-A à l'extrémité 3' (ajoutée après la transcription sur l'ARNm) on trouve des répétitions directes aux extrémités, laissant supposer qu'un mécanisme de transposition a été impliqué dans leur création. Ces rétro séquences sont soit fonctionnelles soit non- fonctionnelles Ce maintien de la fonctionnalité est un cas assez rare car la rétrotranscriptase est assez infidèle. La majeure partie des rétro séquences sont des pseudogènes

Les rétro transposons représentent 40% du génome humain. Les éléments LINE (long interspersed element) de l'ordre de 5Kbp peuvent contenir des phases ouvertes de lecture sans éléments de contrôle donc non fonctionnels (16% du génome). Les éléments SINE (Short interspersed element) de 100 à 500bp sont constitués de séquences Alu dont on ignore le rôle. On en trouve 106 dans le génome humain (11%)

Tableau 7- 16. Transposons dans le génome humain

 

 

Evolution des génomes

Les transposons (en particulier les rétro transposons qui se répandent dans les génomes par copié-collé) sont responsables au moins en partie de l'augmentation de la taille des génomes (10% pour les eucaryotes supérieurs).

Chez les bactéries , ils permettent la transmission de gènes de résistance.

L'expression de certains gènes peut être altérée suite à l'intégration d'un transposon dans un gène ou à proximité (effet délétère de la transposition). Un gène peut ainsi être transformé en pseudogène, par changement du cadre de lecture ou altération de la séquence d'acides aminés. La restauration de la fonctionnalité est possible à condition qu'il y ait par la suite une excision parfaite de l'élément transposable, ce qui est rare. Le plus souvent le transposon s'excise de manière incomplète, conduisant à l'insertion ou à la délétion de nucléotides. Il peut parfois y avoir augmentation de l'expression de certains gènes en aval de l'insertion d'éléments transposables, s'ils contiennent des séquences régulatrices ou promotrices .

Les éléments transposables peuvent contribuer à des réarrangements de portions du génome:

  • Inversions
  • Translocations
  • Duplications

Des crossing-over inégaux peuvent avoir lieu entre régions non-homologues partageant un même élément transposable. Les séquences Alu sont soupçonnées d'être impliquées dans l'instabilité de certaines portions du génome.

Les transposons peuvent parfois augmenter le taux de mutation dans leur voisinage.

Chez Escherichia coli: le transposon Tn10 augmente le taux d'insertion de séquences. Il en est de même avec l'élément P chez la drosophile.

Quelle est la fréquence des événements de transposition ? On estime le taux de transposition par élément mobile de images/tra00001.gif à images/tra00002.gifpar génération, le taux d'insertion à un endroit particulier du génome : images/tra00003.gifà images/tra00004.gifpar gène et par génération, soit à peu près équivalent au taux de mutation ponctuelle et le taux d'excision précise de images/tra00005.gif à images/tra00006.gifpar gène et par génération, soit environ 1000 fois plus faible que le taux d'insertion.

Dans ces conditions, le génome devrait théoriquement être rempli d'éléments mobiles, mais ce n'est pas le cas. Plusieurs explications sont possibles:

  • Sélection: Il semble que les éléments mobiles peuvent exercer des effets néfastes sur la fonctionnalité du génome (altération de l'expression des gènes). Il pourrait ainsi exister un équilibre entre sélection et transposition.
  • Augmentation du taux d'excision dans une région contenant beaucoup de transposons.
  • Inhibition de la transposition dans une région entourant les transposons, entraînant une saturation. Le mécanisme de ce phénomène hypothétique est encore inconnu.

Il existe également des transfert de gènes entre espèces. Ce mécanisme est aussi appelé transfert horizontal. Il est rendu possible par des éléments transposables pouvant passer d'un organisme à un autre : tels que rétrovirus, , plasmide. Il semble bien que des transferts horizontaux de gènes se soient produits plusieurs fois au cours de l'évolution (élément P entre différentes espèces de drosophiles ; la leghémoglobine des légumineuses qui est très proche de la globine de certains vertébrés et dont l'origine ne peut donc pas remonter à l'ancêtre commun aux règnes animal et végétal). Il reste cependant à déterminer l'ampleur de ce phénomène.

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