Transferts horizontaux et plasticit

1
Transferts horizontaux et plasticité génomique

• Les mécanismes de transfert
• Chez les Bactéries
• Mécanismes passifs
• La transformation
• Mécanismes actifs
• La transduction
• La conjugaison
• Chez les Eucaryotes
• Mécanismes passifs
• Lendosymbiogenèse
• Les infections virales
• Mécanismes actifs
• Les virus lysogéniques
• Les transposons

2
Transferts horizontaux et plasticité génomique

• Les mécanismes de transfert
• Chez les Bactéries
• Mécanismes passifs
• La transformation
• Mécanismes actifs
• La transduction
• La conjugaison
• Chez les Eucaryotes
• Mécanismes passifs
• Lendosymbiogenèse
• Les infections virales
• Mécanismes actifs
• Les virus lysogéniques
• Les transposons

3
Mécanismes actifs Les virus lysogéniques
Ex - les Geminivirus Helitrons Helentons -
les Polintons Virus lysogénique
(adeno-like) ( Phage l des eucaryotes )
4
Circovirus Genome ADN circulaire sb.
Geminivirus Genome ADN circulaire sb.
Nanovirus Génome ARN linéaire sb.
5
Geminivirus Helitron (Jurka, PNAS, 2001)
A
T
6
Mécanismes actifs Les transposons
Eléments Génétiques Mobiles
Parasites Génétiques
95 de la variabilité génétique des procaryotes
et des eucaryotes
7
Transposons Parasites génétique

• Définitions
• Classification
• Fonctionnement des transposons des classe II
• Chez les Bactéries
• Diversité
• Impact sur le génome bactérien
• Chez les Eucaryotes
• Diversité
• Impact sur les génomes

8
Introduction sur les ETs
Séquences répétées dispersées
Tous les procaryotes et eucaryotes
0,5-5 des génomes bactériens 45 du génome de
lhomme (5 Gènes - 10 ADN satellite - 80 ET)
9
Un peu dhistoire

• Barbara Mc Clintock (1902-1992)
•  Découverte  des transposons
• Prix Nobel en 1983

10
Les transposons
Gradient des relations parasitaires
Transposon Pathogènes létaux
Eléments domestiqués
Transposons Pathogènes Non-létaux
EndoSymbiotes
Transposons latents
Symbiotes
Mutualistes
11
CLASSIFICATION ET MODE DE TRANSPOSITION
Transcriptase inverse -Intégrase
ET
ET
12
Classification des éléments de classe 2
3 grandes catégories
- Transposase à triade catalytique DDE/D
Mécanisme de mobilité Copier ou couper-coller
- Transposase à Tyrosine
Mécanisme de mobilité Cercle-roulant Rolling-circ
le
- Proteine Rec. hélicase
13
Mécanisme de transposition couper / coller 
TA
TA
14
Mécanisme de transposition couper / coller 
15
Mécanisme de transposition couper / coller 
TA(N)0/3TA
TA
16
Mécanisme de transposition couper / coller 
TA(N)0/3TA
TA
17
Mécanisme de transposition couper / coller 
TA(N)0/3TA
TA
TA
18
Mécanisme de copier ou couper-coller
19
Mécanisme en cercle roulant(IS91,HelitronGemi
nivirus)
20
Transposons Parasites génétique

• Définitions
• Classification
• Fonctionnement des transposons des classe II
• Chez les Bactéries
• Diversité
• Impact sur le génome bactérien
• Chez les Eucaryotes
• Diversité
• Impact sur les génomes

21

• Insertion sequence (IS) elements
• Simplest type of transposable element found in
  bacterial chromosomes and plasmids.
• Encode only genes for mobilization and insertion.
• Range in size from 768 bp to 5 kb.
• IS1 first identified in E. colis galactose
  operon is 768 bp long and is present with 4-19
  copies in the E. coli chromosome.
• Ends of all known IS elements show inverted
  terminal repeats (ITRs).

22
Integration of IS element in chromosomal DNA.
23

• Transposons (Tn)
• Similar to IS elements but are more complex
  structurally and carry additional genes
• 2 types of transposons
• Composite transposons
• Noncomposite transposons

24

• Composite transposons (Tn)
• Carry genes (e.g., a gene for antibiotic
  resistance) flanked on both sides by IS elements.
• Tn10 is 9.3 kb and includes 6.5 kb of central DNA
  (includes a gene for tetracycline resistance) and
  1.4 kb inverted IS elements.
• IS elements supply transposase and ITR
  recognition signals.

25

• Noncomposite transposons (Tn)
• Carry genes (e.g., a gene for antibiotic
  resistance) but do not terminate with IS
  elements.
• Ends are non-IS element repeated sequences.
• Tn3 is 5 kb with 38-bp ITRs and includes 3 genes
  bla (?-lactamase), tnpA (transposase), and tnpB
  (resolvase, which functions in recombination).

26
Impacts des transposons

• Pathogénicité
• Plasmides
• îlots chromosomiques
• type prophage
• type transposon
• Îlots de pathogénicité

• Résistances multiples
• Plasmides
• Transposons
• Intégrons

27
Îlot de pathogénicité au locus selC dune souche
dE. coli productrice de shiga toxine
28
Caractéristiques des Îlots de pathogénicité

• gènes de virulence
• présents chez les souches pathogènes et absents
  chez les souches non pathogènes
• GC différent de celui de la souche hôte
• grandes régions du génome
• unité génétique compacte souvent flanquée de
  séquences répétées
• associés à leurs extrémités à des loci dARNt
  et/ou à des éléments de séquence dinsertion
• éléments de mobilité cryptiques
• généralement instables

29
Intégrons

• int gène codant pour l intégrase (transposase
  à tyrosine)
• attI site dintégration spécifique de cassettes
• Pant promoteur pour lexpression des cassettes
  intégrées
• cassettes ORF codant généralement pour la
  résistance à un antibiotique

30
Structure schématique de In30
Abr
Abr
Abr
Abr
Pant
intI
Pint
attI
31
Les cassettes

• Plus de 55 gènes de résistance à des
  antibiotiques représentant toutes les familles
  ont été isolés d intégrons
• La plupart contiennent un seul ORF
• Toutes portent un élément du type 59bp
• L ICS est complémentaire du CS situé en amont
• Toutes sont dans la même orientation

59bp
CS Abr ICS
CS
32
Echange de cassettes(Mazel D 2006 Nat Rev
Microbiol)
33
Transposons Parasites génétique

• Définitions
• Classification
• Fonctionnement des transposons des classe II
• Chez les Bactéries
• Diversité
• Impact sur le génome bactérien
• Chez les Eucaryotes
• Diversité
• Impact sur les génomes

34
Classification des éléments de classe 2
3 grandes catégories
- Transposase à triade catytique DDE/D
Mécanisme de mobilité Copier ou couper-coller
- Transposase à Tyrosine
Mécanisme de mobilité Cercle-roulant Rolling-circ
le
- Proteine Rec. hélicase
35
Impact 1- Parasite latent
Les jonctions ITR-TA de lADN génomique hôte et
les cicatrices dexcision du transposon ont la
séquence et la structure du site dépissage
dintron.
36
Impact 2 parasite pathogène la Recombinaison
ectopique
r.e.
r.h.
37
Impact 3 lactivité des transposases induit la
recombinaison hétérologue
38
Q Mais que fait lhôte?
Système co-évolutif de type hôte-parasite
Mécanismes de défense - Méthylation des
séquences étrangères dans lADNg -
Hétérochromatinisation des régions contenant les
intégrations (acétylation et
phosphorylation des histones) - Activation des
ATM kinases
 Endosymbiogenèse  Domestication - Néogènes
(L Sinzelle) - Différenciation en mécanismes de
recombinaison (Ontogenèse et différenciation (M.
Bétermier)
39
Les transposons
Gradient des relations parasitaires
Rag1-Rag2 Système immunitaire des mammifères
Transposon Pathogènes létaux
Eléments domestiquer
Transposons Pathogènes Non-létaux
EndoSymbiotes
Transposons lantents
Symbiotes
Mutualistes
40
Impact 3- le parasite Symbiote (M Betermier)
Symbiose Tc 1 / génome hôte
Protozoaires ciliés
micronucleus 2n - contient le génome entier
dont 40000 transposons (IES) macronucleus
noyau somatique - ADN transcrit - pas dIES
41
Impact 4 Les néogènes (les parasites
génétiques domestiqués)