Diapositive 1

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UMR 7138
Systématique, Adaptation, Evolution
Equipe Génétique et évolution
Fluidité des génomes, rôle des éléments
transposables
Bonnivard, Eric et Higuet, Dominique
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Importance des éléments transposables dans les
génomes
Espèces taille du génome en 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 gt75
daprès Kidwell 2002
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Diversité des éléments transposables mode de
transposition
Transposition
Intermédiaire ARN
Intermédiaire ADN
Excision dun site donneur intégration à un site
receveur
Transcription inverse au site dinsertion ? ADNg
Transcription inverse ? ADNc
Transposons
LINE - SINE
Intégration dans le génome par une Tyrosine
Recombinase
Intégration dans le génome par une intégrase
Rétrotransposons à LTR
Dirs
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Diversité des éléments transposables structures
Transposons
Taille 300 à 5000 pb
LINEs (Long Interspersed Nuclear Elements)
Taille 1 000 à 7 000pb
SINEs (Short Interspersed Nuclear Elements)
Taille 100 à 500pb
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Diversité des éléments transposables structures
Rétrotransposons à LTR
Ty3/Gyspy/Pao
Ty1/Copia
Dirs
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Diversité des éléments transposables séquences
Ty3/gypsy
Pao/Bel
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Répartition des différents types déléments
transposables
E.T. Levure Nématode Arabette Drosophile Homme
LTR Nb copies Nb familles génome LINE-SINE Nb copies Nb familles génome Transposons Nb copies Nb familles génome 331 5 3.1 0 0 0 0 0 0 24 1 0.1 611 12 0.4 3083 12 5.3 1594 70 6.4 515 10 0.7 2203 80 6.8 317 22 87 5 82 4 443 103 104 8.3 2426 103 6 33.6 294 103 63 2.8
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Histoire d invasions
Particularité de D. melanogaster
Invasion du génome par 3 éléments transposables
différents
1930
LINE
1930-40
Hobo transposon
1950
P transposon
Invasion du génome dune espèce suite à un
transfert horizontal
A) Une invasion bien documentée
1) Seulement des souches vides avant 1950
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
B) Lélément P est absent des espèces proches du
sous-groupe melanogaster
C) Lélément P de D. melanogaster est identique à
99 de celui de lespèce D. willistoni (Amérique
central)
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Cycle de vie dun élément transposable
Acquisition par transfert horizontal
Perte par dérive ou Amplification du nombre de
copies (invasion du génome puis de lespèce)
Acquisition des systèmes de régulation Peu 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
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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 lexpression des gènes
- Du fait de leur recrutement par le génome
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Recombinaison ectopique et remaniement
chromosomique

• Délétion chromosomique

• Inversion chromosomique

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Recombinaison ectopique et échange dexons
Recombinaison ectopique entraînant un échange des
premiers exons de chacun des gènes
responsible for dominant phenotype
antennapedia
La Drosophile possède des pattes à la place des
antennes
D'après Schneuwly et al., 1987, EMBO J. vol 6.
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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 lexpression des gènes
- Du fait de leur recrutement par le génome
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Eléments transposables (ETs) et évolution des
gènes
Chez lhomme 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
D'après Van de Lagemaat et al., 2003, TRENDS in
Genetics Vol. 19.
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Création de nouveaux promoteurs
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Formation de LTR solo
LTR
LTR
gag
pol
R
U3
U5
Terminaison de la transcription
Initiation de la transcription
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Création de nouveaux exons
Un élément transposable peut créer un nouvel exon
en sinsérant dans un gène.
Cela peut arriver quand il sinsère dans un exon
existant, mais il est alors souvent contre
sélectionné.
OU
Cela peut arriver quand il sinsère 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.
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Brassage dexons
E.T.
E.T.
seq. terminale répétée
seq. terminale répétée
Excision par lintermédiaire de la transposase
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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 lexpression des gènes
- Du fait de leur recrutement par le génome
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Télomèrase et Rétrotransposons
Chez la Drosophile absence de télomérase pour
maintenir lintégrité des chromosomes après
chaque réplication.
Un élément transposable de type LINE assure cette
fonction, après chaque réplication il transpose
de façon spécifique à lextrémité des
chromosomes.
Ici cest bien la capacité à transposer qui a été
retenue par la sélection naturelle
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La recombinaison V(D)J
Vsegments
Dsegments
Jsegments
Régionconstante
Locus Ig H lignée germinale
Locus Ig Hcellule B
Lexcision des fragments V(D) et D(J) qui génére
la variabilité des immunoglobulines, a pour
origine un élément transposable de type transposon
(Daprès Sadofsky 2001 Nuc. Ac. Res. 29(7),
1399-1409)
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Comment considérés les éléments transposables
dun point de vue évolutif ?
Mutations dues aux insertions (effet délétères
corrélés au nombre de copies)
Forte capacité dinvasion
ADN parasite
Au début de leur cycle de vie
MAIS
Ils participent à leur propre régulation
Facteurs majeurs de la plasticité et lévolution
des génomes
Recrutement par le génome
mutualiste
A la fin de leur cycle