Propagation des ET

On estime le taux de transposition par élément à 10-3 ou 10-4 évènements par génération

chez Drosophila melanogaster. Le taux d'excision dite « précise » est estimé entre 10-6

et 10-10 par élément et par génération, soit environ 10 000 fois plus faible que le taux de

transposition (Harada et al. 1990; Nuzhdin et Mackay 1995; 1997; Maside et al. 2000; 2001). Le taux d’insertion des copies étant plus important que le taux d’élimination par excision, on devrait s’attendre à une accumulation d’ET, c’est-à-dire une constante augmentation de la taille des génomes.

Or, ce n’est pas ce que l’on observe. Il y a donc régulation du nombre de copies d’ET. Les insertions délétères altérant l’expression des gènes étant contre-sélectionnées, la régulation du nombre d’ET peut donc s’exercer via la sélection (Biemont et al. 1997; Nuzhdin 1999).

Les premières études ont suggéré une insertion aléatoire des ET dans un génome. Mais certains sites dits « chauds » sont plus propices à l’insertion d’ET. Ces régions sont généralement riches en satellites. Les ET se retrouvent aussi en abondance dans les régions hétérochromatiques.

En fonction du type d’élément, le mécanisme de transposition étant différent, on ne s’attend pas à observer une dynamique d’insertion similaire. En effet, la propagation d’un transposon conduit à l’excision de la copie au site donneur. Une CDB est alors créée. Différentes voies de réparation rentrent ensuite en compétition: des mécanismes de RH pour « Réparation Homologue » et des mécanismes non-homologues.

Si la cassure est réparée via un mécanisme de RH, une autre copie de cet élément peut servir de séquence matrice. Une nouvelle copie est ainsi insérée au site de cassure. Par contre, si cette cassure est réparée via un mécanisme de réparation non-homologue, le nombre de copies peut rester inchangé. Seule la localisation d’une copie aura été modifiée. Le mécanisme de transposition des éléments de classe I, quant à lui, conduit toujours à l’augmentation du nombre de copies.

a) b)

Amorce / ARN de transfert Amorce / ARN de transfertAmorce / ARN de transfert Amorce / ARN de transfert

Reverse transcription de l’extrémité Reverse transcription de l’extrémité Reverse transcription de l’extrémité Reverse transcription de l’extrémité 5’ du brin d’ARN matrice 5’ du brin d’ARN matrice5’ du brin d’ARN matrice 5’ du brin d’ARN matrice

Digestion de l’extrémité (U5 et R) du Digestion de l’extrémité (U5 et R) du Digestion de l’extrémité (U5 et R) du Digestion de l’extrémité (U5 et R) du brin d’ARN matrice par la RNAase H brin d’ARN matrice par la RNAase Hbrin d’ARN matrice par la RNAase H brin d’ARN matrice par la RNAase H

Reverse transcription Reverse transcriptionReverse transcription Reverse transcription

Reverse transcription du premier brin Reverse transcription du premier brin Reverse transcription du premier brin Reverse transcription du premier brin d’ARN (

d’ARN (d’ARN ( d’ARN (----))))

Digestion du brin d’ARN par la Digestion du brin d’ARN par la Digestion du brin d’ARN par la Digestion du brin d’ARN par la RNAase H RNAase HRNAase H RNAase H Digestion de l’amorce Digestion de l’amorce Digestion de l’amorce Digestion de l’amorce ARN par la RNAase H ARN par la RNAase H ARN par la RNAase H ARN par la RNAase H

Fin de synthèse du second brin Fin de synthèse du second brin Fin de synthèse du second brin Fin de synthèse du second brin d’ARN (+) d’ARN (+) d’ARN (+) d’ARN (+) U3 U3 U3 U3 R U5R U5R U5R U5 U3 U3 U3 U3 R U5R U5R U5R U5 LTR LTR LTR LTR LTR LTR LTR LTR PPT A B C D E F G H I A B C D E CDB CDBCDB CDB Initiation de la reverse Initiation de la reverse Initiation de la reverse Initiation de la reverse transcription transcription transcription transcription viaviavia la queue viala queue la queue la queue poly

poly poly poly---A-AAA

Synthèse d’ADN + digestion du Synthèse d’ADN + digestion du Synthèse d’ADN + digestion du Synthèse d’ADN + digestion du brin d’ARN par la RNAase H brin d’ARN par la RNAase H brin d’ARN par la RNAase H brin d’ARN par la RNAase H

Synthèse du deuxième brin Synthèse du deuxième brin Synthèse du deuxième brin Synthèse du deuxième brin d’ADN d’ADN d’ADN d’ADN Rétroélément Rétroélément Rétroélément Rétroélément à ARNà ARNà ARNà ARN

1er saut de matrice 1er saut de matrice1er saut de matrice 1er saut de matrice

2 2 2

2 èmeèmeème saut de matriceèmesaut de matricesaut de matricesaut de matrice

Synthèse d’une extrémité du second brin Synthèse d’une extrémité du second brin Synthèse d’une extrémité du second brin Synthèse d’une extrémité du second brin d’ARN (+) d’ARN (+) d’ARN (+) d’ARN (+) Clivage ClivageClivage Clivage Site cible

Site cibleSite cible Site cible

Site cible utilisé comme Site cible utilisé comme Site cible utilisé comme Site cible utilisé comme matrice pour la matrice pour la matrice pour la matrice pour la transcription inverse transcription inversetranscription inverse transcription inverse

Synthèse d’ARN du brin 3’ Synthèse d’ARN du brin 3’Synthèse d’ARN du brin 3’ Synthèse d’ARN du brin 3’---->5’>5’>5’>5’ Dégradation du Dégradation du Dégradation du

Dégradation du rétroélémentrétroélémentrétroélémentrétroélément à ARN par à ARN par à ARN par à ARN par la RNAse H

la RNAse Hla RNAse H la RNAse H

Synthèse du brin Synthèse du brin Synthèse du brin Synthèse du brin complémentaire (5’ complémentaire (5’complémentaire (5’ complémentaire (5’---->3’)>3’)>3’)>3’)

Figure 2. Mécanismes de la rétrotransposition.

a) Mecanisme de la réverse transcription des rétroéléments sans LTR. (A) l’endonucléase crée une

cassure simple brin au site d’insertion. (B) Le brin d’ARN du rétroélément s’apparie au niveau de la queue poly-A. (C) Transcription inverse et clivage du brin complémentaire. (D) Le brin d’ARN est dégradé par le RNAase H. (E) Synthèse du deuxième brin d’ADN. b) Mécanisme de rétrotransposition

des éléments à LTR. (A) Le mécanisme est initié par la fixation de l’ARN de transfert sur le site de

liaison: le PBS. (B) Synthèse du brin d’ARN (-). (C) Digestion par la RNAaseH de R et U5. (D) Premier saut de matrice de la région d’ARN nouvellement séquencée de l’extrémité 5’ vers l’extrémité 3’. (E) Synthèse d’ARN du brin (-) puis décrochage du PBS et le clivage au site U3. (F) Digestion par la RNAaseH du brin (+) de l’ARN matrice. (G) Synthèse du nouveau brin d’ARN (+), initiée au niveau du PPT puis dégradation par la RNAase H de l’amorce. (H) Second saut de matrice: le brin d’ARN nouvellement synthétisé s’apparie au niveau l’extrémité 3’ via les PBS. (I) Synthèse du deuxième brin d’ARN.

Introduction

La transposition par « copier-coller » ou rétrotransposition

Les mécanismes de rétrotransposition des éléments à LTR et des éléments sans LTR, sont totalement différents (Figure 2). Les mécanismes de rétrotransposition font principalement appel à deux protéines: une transcriptase inverse et une endonucléase. La propagation des transposons à ARN sans LTR se déroule en 4 grandes étapes (Figure 2 a) (Christensen et Eickbush 2005): (A) l’endonucléase du rétroélément crée une cassure simple brin au site d’insertion. (B/C) la transcription inverse de l’extrémité 3’ OH libre peut alors être initiée. Pour cela, le brin d’ARN du rétroélément s’apparie au niveau de la queue poly-A (ou microsatelitte). La synthèse d’ARN conduit au clivage du brin d’ADN complémentaire (D) En fin de synthèse d’ADN, le brin d’ARN est dégradé par le RNAase H. (E) La synthèse du deuxième brin d’ADN utilise comme matrice, le brin nouvellement synthétisé.

Le cycle des éléments à LTR ressemblent énormément à celui des rétrovirus (Figure 2). Le mécanisme est initié par la fixation de l’ARN de transfert sur le site de liaison: le PBS pour « «Primer Binding Site » (Figure 2bA). La synthèse du brin d’ARN (-) est initiée à partir de l’amorce d’ARNt (Figure 2bB). La RNAaseH dégrade ensuite l’extrémité 5’ de l’élément (R et U5) (Figure 2bC), ce qui indui la recherche d’une nouvelle région d’appariement. L’action de la RNAes H induit par conséquent un saut de matrice de la région d’ARN nouvellement séquencée de l’extrémité 5’ vers l’extrémité 3’ (Figure 2 bD). La synthèse d’ARN du brin (-) se finit par le décrochage du PBS puis le clivage au site U3 (Figure 2bE). La RNAse H dégrade alors le brin (+) de l’ARN matrice (Figure 2bF). La synthèse du nouveau brin d’ARN (+) peut être alors initiée au niveau du PPT pour « PolyPurine Tract » (Figure 2 bG). Après dégradation par la RNAase H de l’amorce de la synthèse du deuxième brin d’ARN, il y a un second saut de matrice (Figure 2 bH): le brin d’ARN nouvellement synthétisé s’apparie au niveau l’extrémité 3’ via les PBS, ce qui permet de continuer la synthèse du deuxième brin d’ARN (Figure 2 bI).

La transposition par« couper-coller »

La formation d’un dimère à partir de deux molécules de transposase est la première étape de la transposition des éléments de classe II à TIR (Figure 3) (Reznikoff et al. 1999). La transposase se fixe au niveau des deux TIR afin d’induire leur appariement. Le transposon forme ainsi une boucle. La transposase coupe les deux brins d’ADN grâce à son activité endonucléase. L’élément s’excise ainsi du site donneur et s’insère ailleurs dans le génome. La CDB produite au site donneur peut être

réparée par un mécanisme de RH∗. Dans ce cas, la séquence d’une autre copie de cet

élément (généralement celle sur la chromatide sœur du site correspondant) servira de séquence matrice. Au site receveur, l’insertion de la copie excisée crée une nouvelle CDB. Cette cassure conduit à la formation d’extrémités cohésives complémentaires.

Les mécanismes de transposition des éléments de classe I et de classe II finissent par la réparation des bases manquantes aux bornes de la copie insérée. Cette étape induit la formation de deux petites duplications directes (< 10 pb) aux bornes de l’élément: les TSD pour « Target Site Duplications » (Figure 3). La présence de TSD est donc une marque de l’activité de la copie.

TSD TIR A B C D

Figure 3. Mécanisme de transposition.