Les éléments mobiles
III. 4.2.1.3 Mécanisme de transposition
L’importance du nombre de copies d’élément L1 hébergé par le génome humain est la résultante d’un mécanisme basé sur la duplication de l’élément L1 via un intermédiaire ARN appelé rétrotransposition (Figure 27).
La première étape de la rétrotransposition est la transcription de celui-ci par l’ARN polymérase de type II qui reconnaît un site de fixation situé sur le promoteur lui-même présent dans la région 5’ UTR (Lavie et al 2004, swergold et al 1990). L’ARN est ensuite exporté dans le cytoplasme de la cellule où les ORF1 et 2 sont traduites. Chacune des protéines a une forte affinité pour l’ARN et peut s’y associer pour former une RNP (ribonucleoprotein particle) (Doucet et al 2001, Wei et al 2001). La RNP retourne ensuite dans le noyau par un mécanisme encore très mal compris.
89 d’apres A.Beauregard et al 2008
Figure 27: Représentation schématique des différentes étapes de la rétrotransposition des éléments L1.
L’intégration à proprement parler de l’élément L1 se fait via un mécanisme appelé TPRT (target primed reverse transcrition) (Moran et al 1996, , Cost et al 2002), qui fut pour la première fois décrit pour l’élément R2BM présent chez le vers Bombyx Mori (Luan et al 1993).
A ce jour, les étapes et le mécanisme exact du TPRT ne sont pas complètement élucidés. Il peut être néanmoins décrit de la manière suivante : il débute par le clivage du brin négatif d’ADN, grâce à l’activité endonucléase portée par l’ORF 2, le site de coupure ayant généralement lieu au niveau de la séquence consensus 5’TTTT /AAA3’. Le 3’OH ainsi libéré sert d’amorce à la transcription inverse initiée par cette même ORF. Le second brin d’ADN est alors clivé à son tour pour permettre la synthèse du brin complémentaire. La ligation des brins et la réparation du site de clivage restent les étapes les moins bien comprises, mais il est fortement supposé que cette étape fait appelle à la machinerie de réparation cellulaire (Gilbert et al 2005).
Apres intégration, des marqueurs de transposition peuvent être observés. Il peut s’agir d’une troncation de la partie 5’ de l’élément L1 attribué au décrochage de la RT au moment
90 de la transcription du 1er brin. On observe aussi une queue poly A en 3’ de l’élément intégré. Enfin, le clivage de l’ADN n’étant pas franc, il y a une duplication de la séquence d’insertion, cette duplication pouvant varier de 2 à 20 nucléotides.
III.4.2.2 Les éléments non autonomes : Sines. L’exemple des Alu
Il existe plus d’un million de copies d’élément Alu dans le génome humain. Ce nombre important est le résultat de leur mobilisation continue au travers de 65 millions d’année d’évolution. Les éléments Alu sont donc les éléments transposables les plus représentés dans le génome humain.
Figure 28: représentation schématique de la structure des éléments Alu humains
Un élément Alu est d’une longueur de 300 pb, sa structure est formée par deux régions répétées (monomères) d’environ 120 pb résultant de la fusion de deux séquences dérivées du gène codant pour l'ARN 7SL (figure 28).Chaque séquence est séparée par une région riche en adénines de 60 pb. La région 5' contient un promoteur pour l’ARN polymérase III (RNAPIII). L’élément se termine par une région de longueur variable, de type oligo(dA). Comme les éléments Alu ne possèdent pas des signaux de terminaison pour la RNAPIII, la transcription de l’élément Alu peut s'étendre jusqu'à un terminateur de la séquence en aval (généralement une série de quatre ou plus thymines consécutives). A l’inverse de l’élément LINE, Les éléments Alu ne codent pas pour une ORF et sont donc pas des rétrotransposons autonomes. Pour leur mobilité, les éléments Alu détournent la machinerie moléculaire de rétrotransposition codée par les éléments L1. Le mécanisme leur permettant d’utiliser la machinerie des elementL1 est à ce jour très mal compris(López-Flore et al 2010).
III.4.2.3 Les éléments SVA
Les éléments SVA (SINE-VNTR-Alu) ont été actifs tout au long des 25 millions d’année d'évolution des hominoïdes. A ce jour, on en compte environ 3000 exemplaires dans le génome humain dont 42% sont complets.
91 Un élément SVA complet est d’une longueur d’environ 2 kb et est composé par 5 régions successives (Figure 29).
Figure 29:représentation schématique de la structure des éléments SVA humains. Sur la
figure sont représentés les séquences hexamériques (CCCTCT) pouvant être répétées n fois, la séquence dite Alu-like, la région dite VNTR (variable number of tandem repeat) et la séquence appelée SINE-R.
On retrouve une séquence hexamérique (CCCTCT) pouvant être répétée n fois, une séquence dite Alu-like composée par deux fragment antisens, suivie par une petite séquence d’origine inconnue, une région dite VNTR (variable number of tandem repeat) composée de répétitions de séquences de 35 à 51 nucléotides, puis on retrouve une séquence appelé SINE-R d’environ 490bp, dérivée de la partie 3’ du gène env des rétrovirus suivie d’une partie du LTR des rétrovirus endogène HERV-K10. Enfin on retrouve une région polyA. L’ensemble de cette séquence est flanquée par deux régions dupliquées (Wang et al 2005). Les éléments SVA ne contiennent apparemment pas de promoteur interne et pourraient s'appuyer, au moins en partie, sur l'activité de promoteur des régions flanquantes pour leur transcription. Comme les éléments Alu, les éléments SVA sont non-autonomes et sont sans doute mobilisés par la machinerie de rétrotransposition des éléments L1.
III.5
Les transposons à ADN
Les éléments de classe II se caractérisent par la nécessité de produire une copie d'ADN pour transposer. Ce sont des composants de génomes aussi variés que ceux des bactéries, plantes, insectes, poissons et mammifères. Ils codent pour une enzyme, la transposase, qui possède toutes les activités catalytiques nécessaires à la transposition de ces éléments. De plus, ils sont caractérisés par la présence d'ITR (inverted terminal repeat) en orientation inverse, à chaque extrémité du gène de la transposase.
Le mécanisme de transposition des transposons a été particulièrement étudié chez les bactéries. Les travaux réalisés sur les transposons eucaryotes en dérivent essentiellement.
92 Chez les bactéries, on détecte les unités transposables les plus simples d'organisation, les séquences d'insertion (IS). Chez E. coli, environ 10 copies de chaque famille d'IS sont présentes dans le génome. Les IS sont des unités autonomes codant pour les protéines nécessaires à leur propre transposition. Chaque IS ne possède qu'un cadre de lecture ouvert codant pour la transposase. Les familles d'IS sont différentes en séquence mais présentent les mêmes caractéristiques dans leur organisation. Les IS sont de courtes séquences d'environ 1000 pb présentant des répétitions inversées terminales (ITR) de 10 à 40 pb et, au point d'insertion, une duplication de la séquence cible. La séquence du site d'insertion varie pour une même IS, mais pas sa longueur. Cette séquence est dupliquée lors de l'intégration d'une IS, ce qui conduit à en trouver une copie à chaque extrémité de l'élément. Les répétitions inversées sont indispensables à la fixation de la transposase.
La transposition est déterminée par une ou plusieurs protéines spécifiques de chaque élément transposable. Tous les éléments transposables comprennent dans le segment d’ADN mobilisé un gène codant une protéine essentielle, la transposase. Les éléments transposables sont donc des éléments autonomes parasites des génomes dans lesquels ils se propagent. La transposase va reconnaître deux catégories distinctes de sites, d’une part les extrémités de l’élément et d’autre part un site cible (non spécifique), situé à un autre locus du génome. La recombinaison transpositionnelle repose donc sur un mécanisme complexe qui fait intervenir trois sites distincts séparés dans l’espace. De plus, l’événement de recombinaison n’est pas réciproque, et est en général suivi d’une étape de synthèse d’ADN consécutive aux étapes de coupure et ligation essentielles pour l’échange des brins d’ADN.
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