Nous détaillerons ici les caractéristiques des deux génomes du trypanosome: celui du kinétoplaste de la mitochondrie et le génome nucléaire.
Le noyau en interphase de T. brucei a un diamètre avoisinant 3 µm.
I.B.3.d.1 Génome mitochondrial
Le réseau atypique d’ADN de la mitochondrie est composé de maxicercles et minicercles entrelacés constituant 10 à 20% de l’ADN total de l’organisme. Il contient 25 à 50 maxicercles (de 20 à 38 kb) et de 5000 à 10000 minicercles (0,7 à 2,4 kb) (figure 17)(El-Sayed et al., 2000; Englund et al., 1982; Ferguson et al., 1994).
Les maxicercles du kinétoplaste contiennent les gènes codant pour les protéines mitochondriales et sont équivalents à l’ADN mitochondrial des autres eucaryotes. Cependant, la fonction des minicercles, éléments très hétérogènes et non codants, est longtemps restée un mystère jusqu’à la découverte de l’édition des ARN messagers codés par l’ADN mitochondrial (Borst, 1991). La fonction des minicercles est de transcrire des ARN guides qui serviront de matrice pour l’insertion et la délétion d’uridines sur certains transcrits des maxicercles. Ce processus a été appelé « RNA editing » ou édition des ARN (Stuart et al., 1997).
Figure 17
Réseau de minicercles et de maxicercles de l’ADN mitochondrial de T. brucei
Phase de préréplication de l’ADN du kinétoplaste de Trypanosoma brucei. Barre, 1µm. A gauche vue globale, à droite agrandissement (Ferguson JCB 1994)
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I.B.3.d.2 Génome nucléaire
La membrane possède de nombreux complexes de pore nucléaire, mais l’équivalent d’une structure en lamine n’a pas été identifié. Le noyau contient un seul large nucléole de 0,5 à 1 µm de diamètre (Ersfeld et al., 1999). Le génome haploïde de T. brucei est composé d’environ 35Mb avec une variation de 25% selon les souches (Gibson et al., 1992; Hope et al., 1999; Kanmogne et al., 1997; Van der Ploeg et al., 1989)
Le génome nucléaire de la souche de TREU927/4 de T. brucei (proche de la souche 427 procyclique cultivée au laboratoire) séquencé par le consortium posséderait environ 10.000 gènes (Source GeneDB Juillet 2004)(El-Sayed et al., 2003; Hall et al., 2003b). À l’exception d’un seul gène codant pour une ARN polyA polymérase (Mair et al. RNA 2000), aucun des gènes codant pour des protéines ne possède d’introns (Schneider et al., 1994). Près de 50% du génome sont codants et les gènes de ménages de fonctions diverses sont souvent regroupés (el-Sayed and Donelson, 1997). Les copies silencieuses de VSG sont localisées dans la plupart des chromosomes et représentent environ 5% du génome nucléaire (Donelson, 1996).
Chez T. brucei, les chromosomes nucléaires ne condensent pas durant la mitose, ce qui ne permet pas d’utiliser les méthodes classiques de cytologie pour compter leur nombre. Pour résoudre ce problème, l’ADN génomique nucléaire a été séparé sur gel d’électrophorèse en champ pulsé (« Pulsed Field Gel Electrophoresis » ou PFGE)(Van der Ploeg et al., 1984), la technique permettant de séparer des molécules de 100 kb à plusieurs Mb.
Le génome nucléaire de T. b. brucei contient environ 120 chromosomes (Ersfeld et al., 1999; Van der Ploeg et al., 1984) classés en 3 tailles selon leur migration en PFGE : les grands chromosomes (1 à 6Mb), les chromosomes intermédiaires (200 à 900 kb) et les minichromosomes (50 à 150 kb). Les grands chromosomes sont diploïdes (Hope et al., 1999; Melville et al., 1998; Tait et al., 1989) alors que les chromosomes intermédiaires et les minichromosomes ont une ploïdie incertaine.
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I.B.3.d.2.1 Les grands chromosomes
Au moins 11 paires de grands chromosomes numérotées du plus petit I (~1 Mb) au plus grand XI (~6 Mb), sont recensées (Melville et al., 1998; Turner et al., 1997). Les chromosomes homologues n’ont pas toujours la même taille, le dimorphisme entre homologues pouvant aller jusqu’à 1Mb (Melville et al., 1999). Les causes de ce polymorphisme seraient dues en partie aux réarrangements des VSG et des ES (sites d’expression) et à la présence de rétrotransposons sans LTR (ingi/RIME), ou de séquences répétées (El-Sayed et al., 2000; Wickstead et al., 2003b). Dans le cas du chromosome I de la souche TREU927/4 , le polymorphisme entre les deux chromosomes hétérologues Ia et Ib est principalement dû aux rétrotransposons ingi/ RIME (Melville et al., 1999).
Chez T. brucei, les grands chromosomes sont organisés de la même manière : les sites B-ES (sites d’expression de VSG et gènes associés de la forme sanguine) et M-ES (sites d’expression de la forme métacyclique) sont localisés de part et d’autre aux extrémités des chromosomes (figure 18). Au niveau des télomères, les paires de grands chromosomes posséderaient des séquences uniques pour les ES (El-Sayed et al., 2000).
Figure 18
Organisation générale d’un grand chromosome chez T. brucei (Adaptée de El-Sayed et al., 2001 ; Gull, 2001)
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I.B.3.d.2.2 Les minichromosomes
Selon les sous-espèces de T. brucei, le nombre de minichromosomes peut atteindre la centaine, représentant jusqu'à 10% de l’ADN nucléaire. Ces minichromosomes ont une taille comprise entre 50 à 150 kb, sont linéaires et possèdent à leurs extrémités les répétitions télomériques (TTAGGG)n. Cependant, ces répétitions télomériques sont plus nombreuses que dans les autres types de chromosomes. Les minichromosomes sont essentiellement composés d’une séquence interne répétée palindromique de 177pb qui constitue parfois plus de 90% de leur ADN. D’autres répétitions riches en bases GC ou en AT sont présentes entre les répétitions télomériques et les répétitions internes de 177pb (figure 19)(Weiden et al., 1991; Wickstead et al., 2004).
Figure 19
Structure canonique d’un minichromosome de T. brucei
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La plupart des minichromosomes contiennent de part et d’autre de la répétition palindromique, une copie du gène codant pour une protéine VSG fonctionnelle mais qui n’est pas exprimée (Wickstead et al., 2004). Pour être exprimé, un gène silencieux de VSG est transféré sur un chromosome transcriptionnellement actif par duplication ou par un échange de bras télomériques. En effet, des traces de ces recombinaisons ont été trouvées dans deux minichromosomes de 55 et de 60 kb possédant des promoteurs d’ARN ribosomiques localisés près des télomères et provenant d’un locus répété d’un grand chromosome (Zomerdijk et al., 1992). Bien que la ploïdie des minichromosomes ne soit pas bien établie due aux nombreuses répétitions des 177bp, ces éléments sont hérités de façon stable durant la mitose (Ersfeld and Gull, 1997; Wickstead et al., 2003a). Ces chromosomes semblent servir de réservoir de gènes VSG pour la variation antigénique.
I.B.3.d.2.3 Les chromosomes intermédiaires
Cette classe de chromosomes d’une taille comprise entre 200 à 900 kb est mal caractérisée. Leur ploïdie est incertaine et leur nombre et leur taille varient entre les souches. Ils peuvent contenir des gènes codant pour des VSG fonctionnelles, mais qui ne sont pas exprimées (Lips et al., 1993; Rudenko et al., 1998).
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