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 L’endosymbiogenèse Les infections virales Les virus lysogéniques Les transposons

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 L’endosymbiogenèse Les infections virales Les virus lysogéniques Les transposons

Mécanismes actifs: Les virus lysogéniques Ex: - les Geminivirus = Helitrons = Helentons - les Polintons = Virus lysogénique (adeno-like) (« Phage l des eucaryotes »)

Genome ADN circulaire sb. Circovirus Genome ADN circulaire sb. Geminivirus Genome ADN circulaire sb. Nanovirus Génome ARN linéaire sb.

Geminivirus & Helitron (Jurka, PNAS, 2001) 16-20bp hairpin structure 10-12bp upstream the CTRR motif 5 ’ A-TC CTRR-T 3 ’ 5,5 to 17 kb A T RPA/Rep Protein 5’P 3’OH Excision and rolling circle replication

95% de la variabilité génétique des procaryotes et des eucaryotes Mécanismes actifs: Les transposons Eléments Génétiques Mobiles Parasites Génétiques 95% de la variabilité génétique des procaryotes et des eucaryotes

Transposons = Parasites génétique Définitions Classification Fonctionnement des transposons des classe II Chez les Bactéries Diversité Impact sur le génome bactérien Chez les Eucaryotes Impact sur les génomes

0,5-5% des génomes bactériens (5% Gènes - 10% ADN satellite - 80% ET) Introduction sur les ETs Séquences répétées dispersées Tous les procaryotes et eucaryotes 0,5-5% des génomes bactériens 45 % du génome de l’homme (5% Gènes - 10% ADN satellite - 80% ET)

Un peu d’histoire… Barbara Mc Clintock (1902-1992) « Découverte » des transposons Prix Nobel en 1983

Gradient des relations parasitaires Les transposons Gradient des relations parasitaires Transposon Pathogènes létaux Eléments domestiqués Transposons Pathogènes Non-létaux EndoSymbiotes Transposons latents Symbiotes Mutualistes

CLASSIFICATION ET MODE DE TRANSPOSITION CLASSE I Transcriptase inverse -Intégrase ARN ADN ET ET ADN CLASSE II Transposase

Copier ou couper-coller Classification des éléments de classe 2 3 grandes catégories - Transposase à triade catalytique DD[E/D] Mécanisme de mobilité Copier ou couper-coller - Transposase à Tyrosine Mécanisme de mobilité Cercle-roulant Rolling-circle - Proteine Rec. & hélicase

Mécanisme de transposition « couper / coller » TA TA

Mécanisme de transposition « couper / coller »

Mécanisme de transposition « couper / coller » TA(N)0/3TA TA

Mécanisme de transposition « couper / coller » TA(N)0/3TA TA

Mécanisme de transposition « couper / coller » TA(N)0/3TA TA TA

Mécanisme de copier ou couper-coller Copier -coller Couper -coller

Mécanisme en cercle roulant (IS91, Helitron Geminivirus)

Transposons = Parasites génétique Définitions Classification Fonctionnement des transposons des classe II Chez les Bactéries Diversité Impact sur le génome bactérien Chez les Eucaryotes Impact sur les génomes

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. coli’s 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).

Integration of IS element in chromosomal DNA.

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

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.

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).

Impacts des transposons Pathogénicité Plasmides îlots chromosomiques type prophage type transposon Îlots de pathogénicité Résistances multiples Plasmides Transposons Intégrons

Îlot de pathogénicité au locus selC d’une souche d’E Îlot de pathogénicité au locus selC d’une souche d’E. coli productrice de shiga toxine

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 d’ARNt et/ou à des éléments de séquence d’insertion éléments de mobilité cryptiques généralement instables

Intégrons int : gène codant pour l ’intégrase (transposase à tyrosine) attI : site d’intégration spécifique de cassettes Pant : promoteur pour l’expression des cassettes intégrées cassettes : ORF codant généralement pour la résistance à un antibiotique

Structure schématique de In30 Abr Abr Abr Pant Abr intI Pint attI

Les cassettes 59bp CS Abr ICS CS 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

Echange de cassettes (Mazel D 2006 Nat Rev Microbiol)

Transposons = Parasites génétique Définitions Classification Fonctionnement des transposons des classe II Chez les Bactéries Diversité Impact sur le génome bactérien Chez les Eucaryotes Impact sur les génomes

Copier ou couper-coller Classification des éléments de classe 2 3 grandes catégories - Transposase à triade catytique DD[E/D] Mécanisme de mobilité Copier ou couper-coller - Transposase à Tyrosine Mécanisme de mobilité Cercle-roulant Rolling-circle - Proteine Rec. & hélicase

transcrite correspondant Impact 1- Parasite latent Les jonctions ITR-TA de l’ADN génomique hôte et les cicatrices d’excision du transposon ont la séquence et la structure du site d’épissage d’intron. TA TA TA ADNg ARNm (A)n Excision de la région transcrite correspondant au transposon ARNm fonctionnel

Impact 2 = parasite pathogène : la Recombinaison ectopique r.h. r.e.

Impact 3 = l’activité des transposases induit la recombinaison Impact 3 = l’activité des transposases induit la recombinaison hétérologue

Système co-évolutif de type hôte-parasite Q: Mais que fait l’hôte? Système co-évolutif de type hôte-parasite Mécanismes de défense: - Méthylation des séquences étrangères dans l’ADNg - 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)

Système immunitaire des mammifères 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

Impact 3- le parasite Symbiote (M Betermier) Symbiose Tc 1 / génome hôte macronucleus micronucleus Protozoaires ciliés micronucleus : 2n - contient le génome entier dont 40000 transposons (IES) macronucleus : noyau somatique - ADN transcrit - pas d’IES

(les parasites génétiques domestiqués) Impact 4 : Les néogènes (les parasites génétiques domestiqués)