Cours#2 GNT305 Transposons Retrovirus 2024 PDF

Cours de Génétique GNT305 Les transposons et rétrovirus Eric Massé Département de Biochimie - PRAC Bureau Z8-1078 Tel: 821-8000 ext 75475 [email protected] Livre de référence: Principles of genetics. Snustad and Simmons, 2006. Fourth edition. L’état du VIH dans le monde Caractérisation...

Cours de Génétique GNT305 Les transposons et rétrovirus Eric Massé Département de Biochimie - PRAC Bureau Z8-1078 Tel: 821-8000 ext 75475 [email protected] Livre de référence: Principles of genetics. Snustad and Simmons, 2006. Fourth edition. L’état du VIH dans le monde Caractérisations des transposons entre 1944 et 1953 En 1953, abandonne les transposons pour la botanique jusqu’en 1967 Prix Nobel en 1983 pour sa découverte des transposons Les tranposons (éléments transposables) constituent: 44% du génome humain La moitié du génome du maïs Jusqu’à 90% du génome de certaines plantes Important pour l’évolution Accélère les modifications Peut générer certaines maladies Hémophilie Porphyrie Prédisposition au cancer (Polypes) Dystrophie musculaire de Duchenne  Les bénéfices et les désavantages des transposons chez l’humains Suppression de la Stimule l’inflammation formation de tumeur chronique dans les maladies auto-immunes Régule l’accès à la chromatine Promeut la tumorigénèse Aide au développement Stimule l’inflammation du cortex cérébral dans les maladies neurologiques Activation de l’ostéogénèse Les trois types de transposons * * * * * (Non-LTR retrotransposons) * Cut-and-paste (couper-coller ou transposition conservatrice) -Une séquence d'ADN est transférée d'un site à un autre, entre un site donneur et un site accepteur -Les mieux connus -Les plus petits (≥ 768 nt) -Aussi appelés Insertion Element (IS); -Dans la même famille que les transposons composites (Tn5) et P Element Transposon Chromosome Chromosome Transposition Transposon  Mécanisme de transposition « couper-coller » Transposon Transposase Coupure Insertion Transposon Chromosome Chromosome A A Chromosome B Chromosome B  Mécanisme de transposition « couper-coller » Transposon Transposase Chromosome A Élément IS: Insertion Sequence Extrémités répétées inversées 9-40 nt, essentielles pour le fonctionnement de la transposase Transposase Sites d’insertions dupliqués  Insertion aléatoire indépendamment de la séquence Coupures par la transposase Terminal inverted repeat ADN pol et ligase referment les extrémités simple-brins Mécanisme de transposition « couper-coller »  Les éléments transposables peuvent s'insérer dans des sites d'ADN où il n'y a pas d'homologie de séquence. Les transposons n’ont pas besoin de recombinaison homologue Ils peuvent s'insérer dans n’importe quelle séquence d’ADN, de manière aléatoire, par recombinaison non homologue. Transposons composites Lorsque deux IS sont suffisamment proches l’un de l’autre, ils agissent comme un transposon unique  Transposons composites Transposon composite Transposase Coupure Chromosome B Transposon R Insertion Transposon L Chromosome Chromosome TIR A A Chromosome B + Transposon Transposon chez la mouche Drosophila melanogaster  Modification génétique par l’utilisation de transposon L’élément P (transposon couper-coller) de la drosophile mesure 2907 pb Séquence terminales répétées de 31 nucléotides Permet la première transformation génétique chez les eucaryotes dans les années 80 Contient les répétitions terminales permettant la transposition Peut être remplacé par de l’ADN « étranger » : allèle ry+ (red eyes) de la drosophile ry+ : gène conférant aux drosophiles leurs yeux rouges ry- : souche mutante de drosophiles aux yeux bruns Thérapie génique par les transposons * Chimeric antigen receptor (CAR) T cell Transposition Terminal inverted repeats  Réarrangements des chromosomes par des transposons Réarrangements des chromosomes par des transposons Exemple #1: Deux transposons orientés dans la même direction  Réarrangements de chromosome par les transposons Exemple #2: Deux transposons orientés l’un vers l’autre  Réarrangements de chromosome par les transposons Exemple #3: Deux transposons orientés dans la même direction, durant la réplication de l’ADN Importance médicale des transposons: la naissance d’un Facteur R RTF: Resistance Transfer Factor Transposon réplicatif Replicative transposons (copy-paste ou 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 -Le seul exemple: Tn3 Transposon Transposon original Transposition Chromosome Chromosome Transposon nouveau  Transposition réplicative Organisation génétique du transposon Tn3 Résistance antibiotique Les rétrotransposons Le rétrotransposon Ty1 de la levure Chez Saccharomyces cerevisiae 5900 nt Long Terminal Repeats (LTRs) de 340 nt Dans la famille des LTR-retrotransposons 35 copies/cellule Ressemble à un rétrovirus qui a perdu sa virulence (sans gène de l’enveloppe env) Retrotransposons -L'élément transposable est premièrement transcrit en ARN -L’ARN est converti en ADN complémentaire (Transcription inverse) -L’ADN s’intègre dans le chromosome -Probablement un vestige de rétrovirus -LTR: Long Terminal Repeat LTR Traduction ADNc ARN ADN double-brin RT ARN Transcription Replication inverse Insertion dans le chromosome Transcription ADN double-brin ADN double-brin Rétrotransposon Rétrotransposon Retrotransposons -L'élément transposable est premièrement transcrit en ARN -L’ARN est converti en ADN (Transcription inverse, enzyme RT portée par le rétrotransposon) -L’ADN s’intègre dans le chromosome -Probablement un vestige de rétrovirus Cycle de vie du rétrotransposon Ty1 de la levure Gag Pol DNA LTRs de 340 nt Co-facteur : Gag ou TyA DNA Le rétrotransposon Ty1 de la levure  Excision du rétrotransposon Ty1 Ty1 excisé hors du chromosome Recombinaison entre les 2 LTRs de Ty1 Chromosome de la levure Retrovirus du VIH Cause du SIDA, ce qui inactive le système immunitaire et contribue au développement d’autres maladies opportunistes: Pneumonie Candidose Tuberculose Cytomegalovirus Meningite Toxoplasmose  Cycle de vie du Rétrovirus VIH Infection du CD4 T cell Protéines de HIV: gag: cofacteur pol: reverse transcriptase env: enveloppe  Le VIH est un rétrotransposon avec un gène additionnel: env (Provient de l’hôte) La capside est encodée par le gène env Similarités entre génomes de rétrotransposons et rétrovirus Rétrotransposons Murine leukemia virus Ajout d’un seul gène (env) permet au rétrotransposon de Rétrovirus devenir infectieux Insertion de l’ADN du HIV dans le chromosome humain Insertion de l’ADN du HIV dans le chromosome humain Insertion de l’ADN du HIV dans le chromosome humain  Rétrotransposons chez l’humain L1 rétrotransposon: LINEs: Long Interspersed Nuclear Elements Non-LTR retrotransposon Jusqu’à 17% du génome humain et autres mammifères 500 000 copies inactives par cellule 80-100 copies actives par cellule Fréquence transposition: 1/20 cellules germinales Peut causer : hémophilie, cancers sein et colon, dystrophie musculaire Accélère l’évolution Les LINEs causent des mutations spontanées Modifications génomiques causées par les rétrotransposons  Expression des LINEs dans les cellules cancéreuses Le rétrotransposons LINEs (L1) sont normalement réprimés par l’hétérochromatine et la méthylation de l’ADN La répression est importante pour prévenir l’insertion de nouvelles copies de transposon dans le génome Les LINEs devienent tumorigénique lorsque déréprimés Un LINE qui inactive APC: tumor suppresor gene Développement du cancer colorectal en inactivant APC PIK3C et KRAS: oncogènes impliqués dans plusieurs cancers  Expression des LINEs dans les cellules cancéreuses Normalement réprimés par l’hétérochromatine et la méthylation Marquage de l’ORF1 du LINE-1 exprimé dans les cellules cancéreuses du colon Rétrotransposons chez l’humain Traduction de la Reverse Transcriptase et Endonuclease TPRT: Target-primed reverse transcription RNP: Ribonucleoprotein  Insertion chromosomique du rétrotransposon L1 Endonuclease Contrairement aux rétrotransposons LTR Reverse la RT des LINEs se transcriptase fait au site d’insertion TSD: target site duplication Cycle de vie du rétrotransposon L1 chez l’humain Traduction en protéine des ORF1 et ORF2 (RT) Assemblage en complexe RNP des ORF1 et ORF2 avec l’ARNm RNP: ribonucléoproteine  Transfert de gène horizontal Transfert de gènes d’une espèce à une autre Peu fréquent mais se produit chez les plantes et animaux  Transfert de gènes horizontal Un transposon peut se transposer dans un virus ou un parasite et se transférer d’une espèce à l’autre Du maïs au millet, des dizaines de gènes échangés par transposon  Protéine antigel chez différentes espèces de poissons Du poisson-scorpion au hareng Du hareng à l’éperlan Il y a 150 millions d’années  Transfert de transposon BovB du serpent au bovin Le rétrotransposon BovB constitue jusqu’à 20% du génome bovin Ce transfert serait arrivé il y a 40-50 millions d’années Vecteurs potentiels: tiques, sangsues  That's no moon, it's a Starship: Giant transposons driving fungal horizontal gene transfer Molecular Microbiology, Volume: 120, Issue: 4, Pages: 555-563, First published: 11 July 2023, DOI: (10.1111/mmi.15118)