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"Les transposons ou ’gènes sauteurs’ forment régulièrement de nouveaux gènes au cours de l’évolution"

Traduction & Compléments par Jacques Hallard
mercredi 24 mars 2021 par Science Daily



ISIAS Génétique

Les transposons ou ’gènes sauteurs’ forment régulièrement de nouveaux gènes au cours de l’évolution

Traduction du 20 mars 2021 – avec ajout d’une annexe sur les brassages d’exons - par Jacques Hallard de l’article publié par ‘sciencedaily.com’ sous le titre « ’Jumping genes’ repeatedly form new genes over evolution  » ; accessible sur ce site : https://www.sciencedaily.com/releases/2021/02/210222124540.htm

Source de l’information scientifique : Cornell University [L’université Cornell (en anglais, Cornell University ou plus simplement Cornell) est une université privée américaine située principalement dans la ville d’Ithaca dans l’État de New York (États-Unis). Elle possède également un campus dans la ville de New York ainsi qu’un autre au Qatar… » - Source

DNA illustration (stock image). Credit : © Leigh Prather / stock.adobe.com

Résumé :

Une nouvelle étude examine comment des éléments génétiques appelés transposons, ou ’gènes sauteurs’, sont rajoutés au cours de l’évolution pour assembler de nouveaux gènes par le biais du brassage des exons.

Texte complet :

De la même façon que les pièces de Lego peuvent être arrangées de manière inédite pour construire des structures variées, les éléments génétiques peuvent être mélangés et assortis pour créer de nouveaux gènes, selon de nouvelles recherches.

Un mécanisme de création de gènes proposé de longue date, appelé ’brassage d’exons’, fonctionne en mélangeant des blocs fonctionnels de séquences d’ADN dans de nouveaux gènes qui expriment des protéines.

Une étude intitulée ’Recurrent Evolution of Vertebrate Transcription Factors by Transposase Capture’, publiée le 19 février 2021 dans Science, examine comment des éléments génétiques appelés transposons, ou ’gènes sauteurs’ [ou encore Éléments transposables ], sont ajoutés au cours de l’évolution pour assembler de nouveaux gènes par brassage d’exons. [Sur les ‘gènes sauteurs’, voir par exemple ceci : Les « gènes sauteurs » humains attrapés en pleine action ! Communiqué | 02 mai 2019 - 14h53 | Par INSERM (Salle de presse) - Bases moléculaires et structurales du vivant| Cancer– Source : https://presse.inserm.fr/les-genes-sauteurs-humains-attrapes-en-pleine-action/34677/ ].

Les transposons, découverts pour la première fois dans les années 1940 par Barbara McClintock (23 ans, 25 ans, 27 ans), ancienne élève de l’Université Cornell et lauréate du prix Nobel, sont des composants abondants des génomes - ils représentent la moitié de l’ADN humain - et ont la capacité de sauter et de se répliquer de manière égoïste dans le génome. Certains transposons contiennent leurs propres gènes qui codent pour des enzymes appelées protéines transposases, qui coupent et collent le matériel génétique d’un emplacement chromosomique à un autre.

L’étude, qui porte sur les tétrapodes (vertébrés à quatre membres), est importante car elle montre que les transposons représentent une force importante dans la création de nouveaux gènes au cours de l’évolution. Les travaux expliquent également comment sont nés des gènes essentiels au développement humain.

’Nous pensons qu’il est très probable que ce mécanisme s’étende au-delà des vertébrés et qu’il s’agisse plutôt d’un mécanisme fondamental qui se produit également chez les non-vertébrés’, a déclaré la première auteure, Rachel Cosby, docteur de 19 ans, chercheuse postdoctorale aux ‘National Institutes of Health’. Cosby est une ancienne étudiante diplômée du laboratoire de l’auteur principal, Cedric Feschotte, professeur au département de biologie moléculaire et de génétique du ‘College of Agriculture and Life Sciences’.

’Vous posez les briques d’une manière différente et vous construisez une chose entièrement nouvelle’, a déclaré M. Feschotte. ’Nous, nous penchons sur la question de savoir comment naissent les gènes. L’originalité est que nous examinons le rôle des transposons dans la création de protéines ayant une fonction nouvelle dans l’évolution.’

Dans l’étude, les chercheurs ont d’abord exploité les bases de données existantes pour les génomes des tétrapodes, car les génomes de plus de 500 espèces ont été entièrement séquencés. Cosby et ses collègues ont recherché des combinaisons de séquences d’ADN connues pour être caractéristiques des transposons fusionnées à des séquences hôtes afin de trouver de bons candidats à étudier. Ils ont ensuite choisi des gènes dont l’évolution est relativement récente - il y a moins de quelques dizaines de millions d’années - afin de pouvoir retracer l’histoire du développement du gène dans l’arbre de vie des vertébrés.

Bien que les gènes fusionnés avec ces transposases soient relativement rares, les chercheurs en ont trouvé partout dans l’arbre de vie des vertébrés. Les chercheurs ont identifié plus de 100 gènes distincts fusionnés avec des transposases nés au cours des 350 derniers millions d’années dans différentes lignées d’espèces, y compris des gènes chez les oiseaux, les reptiles, les grenouilles, les chauves-souris et les koalas, et un total de 44 gènes nés de cette façon dans le génome humain.

Cosby et ses collègues ont sélectionné quatre gènes ayant évolué récemment et ont réalisé un large éventail d’expériences en culture cellulaire pour comprendre leurs fonctions. Ils ont découvert que les protéines dérivées de ces gènes sont capables de se lier à des séquences d’ADN spécifiques et de bloquer l’expression des gènes. Ces gènes sont connus sous le nom de facteurs de transcription et agissent comme des gènes régulateurs principaux pour le développement et la physiologie de base. L’un de ces gènes, PAX6, est bien étudié, joue un rôle clé en tant que régulateur principal dans la formation des yeux chez tous les animaux et est hautement conservé au cours de l’évolution.

[La protéine paired box 6 (Pax6) est un facteur de transcription notamment impliqué dans le développement des yeux. Elle est codée par le gène PAX6 situé sur le chromosome 11 humain… - Source ]

’Si vous introduisez le gène PAX6 d’une souris dans une drosophile, cela fonctionne’, a déclaré M. Feschotte. Bien que d’autres aient déjà proposé que le gène PAX6 soit dérivé d’une fusion transposase, les chercheurs de cette étude ont validé cette hypothèse.

Cosby et ses collègues ont isolé l’un de ces gènes ayant récemment évolué chez les chauves-souris, appelé KRABINER, puis ont utilisé la technologie d’édition génétique CRISPR pour le supprimer du génome de la chauve-souris et voir quels gènes étaient affectés, avant de le réintroduire. L’expérience a révélé que lorsque KRABINER était supprimé, des centaines de gènes étaient déréglés, et que lorsqu’ils le restauraient, le fonctionnement normal revenait. La protéine exprimée par le gène KRABINER s’est liée à d’autres transposons apparentés dans le génome de la chauve-souris, a déclaré Cosby.

’L’expérience a révélé qu’elle contrôle un vaste réseau d’autres gènes reliés par la dispersion passée de transposons apparentés dans le génome de la chauve-souris, créant ainsi non pas un simple gène, mais ce que l’on appelle un réseau de régulation génétique’, a déclaré M. Feschotte.

Les membres actuels et anciens du laboratoire de Feschotte, Julius Judd, Ruiling Zhang (20 ans), Alan Zhong (19 ans), Nathaniel Garry (21 ans) et Ellen Pritham, collaboratrice, sont co-auteurs de l’article. L’étude a été financée par les ‘National Institutes of Health’ aux Etats-Unis.

Source de l’information : Materials provided by Cornell University. Original written by Krishna Ramanujan. Note : Content may be edited for style and length.

Référence de la revue : Rachel L. Cosby, Julius Judd, Ruiling Zhang, Alan Zhong, Nathaniel Garry, Ellen J. Pritham, Cédric Feschotte. Recurrent evolution of vertebrate transcription factors by transposase capture. Science, 2021 ; 371 (6531) : eabc6405 DOI : 10.1126/science.abc6405

Pour citer cette page : MLA APA Chicago - Cornell University. ’’Jumping genes’ repeatedly form new genes over evolution.’ ScienceDaily. ScienceDaily, 22 February 2021. www.sciencedaily.com/releases/2021/02/210222124540.htm

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Source : https://www.sciencedaily.com/releases/2021/02/210222124540.htm

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Annexe : documents sur les brassages d’exons

Brassage d’exons

Le brassage d’exons est un mécanisme moléculaire qui permet la formation de nouveaux gènes. C’est un processus grâce auquel deux exons ou plus, venant de gènes différents et de chromosomes non-homologues, sont rassemblés. Un même exon peut aussi être dupliqué et ainsi créer une nouvelle structure exon-intron1. Il existe différents mécanismes par lesquels le brassage d’exons se produit : brassage d’exons à médiation par transposon, cross-over pendant la recombinaison des génomes parentaux ou encore recombinaison illégitime. Le brassage d’exons suit certaines règles d’épissage.

Sommaire

C’est en 1978 que Walter Gilbert évoqua pour la première fois le brassage d’exons en découvrant que l’existence d’introns pouvait jouer un grand rôle dans l’évolution des protéines. Il a été remarqué que la recombinaison au cœur des introns pouvait favoriser l’assortiment d’exons de manière indépendante. De plus, la présence de segments répétitifs au milieu des introns pouvait créer des zones favorables à la recombinaison afin de mélanger les exons. Cependant, la présence de ces introns chez les eucaryotes et leur absence chez les procaryotes a généré un débat à propos du moment où ces introns sont apparus. Deux théories ont émergé : celle dite ’intron early’ en anglais, et celle dite ’introns late’. Ceux qui supportent la théorie de l’’intron early’ pensent que les introns et l’épissage de l’ARN seraient les reliques d’un monde basé sur l’ARN uniquement et donc que les procaryotes et les eucaryotes avaient tous des introns au début. Par la suite, les procaryotes auraient éliminé les introns afin d’avoir un meilleur rendement, alors que les eucaryotes auraient gardé les introns et la plasticité de leurs ancêtres. Parallèlement, ceux qui supportent la théorie de l’’intron late’ pensent que les gènes des procaryotes sont proches des gènes ancestraux et que les introns apparurent plus tard dans les gènes des eucaryotes. Indépendamment de ces deux théories, il est clair que la structure exon-intron, exclusivement présente chez les eucaryotes, n’est pas figée ; des introns sont continuellement insérés et retirés des gènes et l’évolution des introns est parallèle à l’évolution du brassage d’exons.

Le mécanisme du brassage d’exons

Lors de la recombinaison méoitique

Lors de la prophase de la méiose, les chromosomes homologues s’attachent entre eux et c’est à ce moment-là que peuvent avoir lieu les crossing-over. Mais il se peut qu’une erreur survienne à ce moment et que le réarrangement se produise entre deux gènes d’un même chromosome. On a alors un échange de gènes2. De récentes recherches supposent que d’autres mécanismes pourraient être à l’origine du brassage des exons comme les helitrons ou ce qu’on appelle les séquence LTR. Il faut cependant que d’autres recherches soient effectuées sur ces sujets pour confirmer leur implication dans le brassage des exons.

Exemple

On peut donner l’exemple du gène tpa, un gène codant l’activateur tissulaire du plasminogène. Ce gène joue un rôle dans la limitation de la coagulation sanguine. On pense que ce gène est apparu à la suite d’un brassage et à la duplication d’exons ancestraux.

Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Brassage_d%27exons

Voir également l’article intitulé « Des gènes « chimères » sont apparus dans la lignée des Hominidés : l’indice d’une spécificité génomique humaine ? » médecine/sciences 2001 ; 17 : 407-9 – Source : https://www.ipubli.inserm.fr/bitstream/handle/10608/1938/2001_3_407.pdf?sequence=2

Brassage d’exons et diversité protéique

https://ferora.fr/blog/public/Fichiers/Sciences_de_la_Vie/Presentation1.pdf

Quand l’évolution parle à la biologie fondamentale - When evolution talks to fundamental biology

Rédigé à l’invitation du Comité éditorial - Author links open overlay panel
HervéLe Guyader - https://doi.org/10.1016/j.crpv.2011.02.005Get rights and content - Under an Elsevier user license - Open archive

Résumé

Les travaux d’histologie osseuse d’Armand de Ricqlès et, plus généralement, de nombreux résultats d’anatomie comparée, trouvent tout leur sens dans le cadre de la théorie de l’évolution. Il en est de même en génomique et en biologie moléculaire. Différents exemples montrent que la fluidité du génome n’est pas assurée par les mêmes processus chez les eucaryotes et chez les procaryotes. Dans un taxon, les transposons jouent un rôle capital, tandis que dans l’autre, les transferts horizontaux se révèlent essentiels. Ces dynamiques sont nécessaires pour comprendre les bases de l’évolution des génomes, autant d’un point de vue fondamental qu’appliqué.

Comptes Rendus Palevol - Volume 10, Issues 5–6, July–September 2011, Pages 335-340 – Source : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1631068311000339

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Traduction, compléments et intégration de liens hypertextes par Jacques HALLARD, Ingénieur CNAM, consultant indépendant – 20/03/2020

Site ISIAS = Introduire les Sciences et les Intégrer dans des Alternatives Sociétales

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