Eléments transposables et évolution des génomes

Les éléments transposables présents chez les eucaryotes sont extrêmement diversifiés, et classifiés en plusieurs grands groupes. Ce chapitre décrit les caractéristiques les éléments des principaux groupes concernant leur structure, leur mécanisme de transposition, les activités biochimiques portées par leurs gènes, et leur distribution au sein des eucaryotes.

Les éléments transposables procaryotes sont classifiés en plusieurs grands groupes qui diffèrent par leur contenu en gènes, leur complexité, et leur mécanisme de transposition. Certains éléments ont une structure simple. Ils peuvent parfois se combiner pour former des éléments plus complexes. Les caractéristiques de ces différents types d’éléments sont décrites, en insistant particulièrement sur leur mécanisme de transposition et leur origine.

Les éléments transposables (ET) représentent une grande partie du génome humain. L'insertion d’ET est susceptible de provoquer des recombinaisons génétiques et des altérations de l'expression des gènes pouvant contribuer aux cancers et à d'autres maladies humaines, comme les maladies hématologiques, métaboliques, neurologiques, etc. Le stress et la pollution environnementale sont des facteurs d’activation des ET pouvant mener au développement de pathologies.

Les éléments transposables sont strictement réprimés à la fois dans les lignées somatiques et germinales. Des systèmes de répression dédiés existent dans les deux catégories de cellules. Ils impliquent des modifications de l'ADN et de la chromatine, ainsi qu'une répression (silencing) réalisée via de petits ARN. À travers des exemples tirés de divers organismes, ce chapitre met à jour les connaissances actuelles sur ce processus. Il met en lumière comment le stress environnemental peut affecter cette répression, avec des implications nuisibles ou parfois bénéfiques pour les organismes.

Les éléments transposables, par leur capacité à s’insérer à différents endroits du génome, provoquent de nombreuses mutations dont les effets peuvent être délétères, mais aussi parfois utiles. Dans ce chapitre, nous présentons plusieurs exemples illustrant le rôle de certaines de ces mutations dans la capacité des organismes à répondre au stress environnemental.

Les insertions d’éléments transposables souvent considérés comme plutôt délétères peuvent parfois avoir un effet positif, et sont alors sélectionnées. Elles deviennent ainsi des éléments fonctionnels du génome. On parle de domestication moléculaire. Ce chapitre présente différents exemples de domestication d’éléments transposables différant dans leur modalité : des gènes de l’hôte qui dérivent entièrement ou en partie d’éléments transposables, des réseaux de gènes dont la régulation est contrôlée par des séquences dérivées d’éléments transposables, des éléments transposables qui interviennent dans la formation de composants structuraux du génome.

Les transferts horizontaux d’éléments transposables (ET) sont maintenant admis comme étant une étape de leur cycle de vie. Différents mécanismes sont proposés pour expliquer ces transferts, comme par exemple la transmission par vecteur viral. De plus en plus de cas sont décrits grâce à différentes approches méthodologiques, qui nous permettent de mettre en lumière l’impact des transferts horizontaux d’ET dans l’évolution de leurs hôtes.

La transposition réplicative permet aux éléments transposables d’envahir les génomes de leur espèces hôtes. L’accumulation des copies d’éléments transposables est freinée par la régulation, et les anciennes familles sont souvent perdues et remplacées par de nouvelles. Comprendre la dynamique d’invasion des éléments transposables nécessite des analyses bioinformatiques de génomique comparée entre espèces proches.

Ce chapitre décrit les interactions entre les éléments transposables (ETs) et leur environnement cellulaire et génomique, ces derniers étant vus comme un écosystème dans lequel évoluent les ETs. A partir de leur cycle de vie, de la variabilité de leur nombre de copies, des interactions entre les différents types d’ETs d’une même famille, leur dynamique évolutive est abordée.

Ce chapitre décrit les considérations générales et les approches expérimentales ayant permis l’identification de transposons ADN actifs, considérés comme des vecteurs naturels pour la délivrance de gènes, et leur développement en tant qu’outils pour les manipulations génétiques. Il fournit également un aperçu général des applications de ces outils dans la transgénèse germinale, la mutagenèse par insertion, la reprogrammation des cellules souches pluripotentes induites (iPSCs) et la thérapie génique humaine.

Les nouvelles technologies de séquençage conduisent à une augmentation rapide du nombre de génomes séquencés. Identifier et classer les familles d’éléments transposables de manière efficace reste un défi, alors même que cela est une étape indispensable avant toute analyse de génome. Ce chapitre décrit les différentes banques de données qui répertorient les éléments transposables, et présente les principaux outils et les grandes familles de stratégies qui ont été développées pour parvenir à l’identification et le classement des éléments, en fonction de la nature des données et de l’objectif des études.