Spécificité de la cible

Le maintien et la propagation des éléments transposables dépendent de la survie de leur hôte et donc du choix des sites cibles dans lesquels ils s’insèrent. Le processus de reconnaissance de la cible est hautement régulé, par l’élément lui-même, et par son

X X X X X X 5' 5' 3' 3' X X X X X X 5' 5' 3' 3' X X X X X X X X X X X X Intégration Réparation

(B)

(A)

Figure 11: Formation des duplications de la séquence cible.

(A)Les transposases à motif DDE et les intégrases produisent généralement une coupure déca- lée de la séquence cible lors de la réaction de transfert de brin (ici 3 pb). Cette réaction génère de courtes brèches simple brin aux bornes de l'élément, qui, après réparation par les facteurs de l'hôte, produisent des duplications. Les couleurs utilisées sont les mêmes que celles de la figure 4A.

(B)Structure tridimensionnelle du transpososome de Tn5: cette structure correspond soit au complexe synaptique formé après le clivage du premier brin, soit à celui formé après l'ouverture de l'intermédiaire en épingle à cheveux (à gauche). Un monomère est coloré en jaune, l'autre en bleu, et les substrats ADN représentant les extrémités en violet (voir figures 16 et 17 pour plus de détails). La position des extrémités 3'-OH qui attaquent l'ADN cible est indiquée (Davies et al.,

2000).

(C) Régions potentielles de fixation à l'ADN. La surface de la protéine est colorée en gris, celle de l'ADN donneur (voir figure 16) en jaune. Les canaux putatifs de fixation à l'ADN sont indiquées par des traits colorés. Canal A: site potentiel de fixation de l'ADN cible de 9 pb, B et C: canaux potentiels de fixation des séquences flanquantes des ADN donneur et cible). Les résidus indiqués sont ceux utilisés pour l'étude (Gradman et al., 2008).

hôte. Une variété de mécanismes est utilisée par les transposons pour sélectionner leur site cible. Certains utilisent des interactions directes entre la transposase et l’ADN cible, alors que pour d’autres, des protéines codées par l’élément ou par l’hôte sont recrutées. Les éléments qui possèdent une transposase de type DDE présentent des spécificités d’insertion très variées (pour revue : Craig, 1997). La spécificité d’insertion peut en effet aller de la plus large (dispersion aléatoire) à la plus stringente (insertion dans un site unique). La machinerie transpositionnelle peut reconnaître des séquences spécifiques, des structures, ou encore des régions particulières de l’ADN de l’hôte. Je ne décrirai ici que quelques exemples pour illustrer la variété de la spécificité d’insertion de ces éléments.

La stratégie de sélection du site cible utilisée par Tn7 est très élégante : cet élément s’insère spécifiquement, et de manière non délétère, au niveau d’un gène essentiel et très conservé de son hôte, et initie son mécanisme de transposition uniquement après l’assemblage complet des protéines Tns, de l’ADN donneur, et de la cible. Cet élément présente en effet une spécificité d’insertion stricte, en aval du site unique attTn7, qui se trouve dans le terminateur transcriptionnel du gène essentiel et très conservé glmS codant la glutamine synthétase chez E. coli et de nombreuses autres bactéries (Craig, 1991). Des insertions à faible fréquence dans des sites non-attTn7 ont également été décrites (section 3.3, Craig, 1996). La spécificité d’insertion de Tn7 est médiée par quatre protéines codées par l’élément, le complexe TnsABC et la protéine TnsD, ainsi que des protéines stimulatrices de l’hôte. Tn7 est dirigé vers le site d’insertion par la protéine de ciblage TnsD. TnsD joue un rôle primordial car sa fixation spécifique sur le site attTn7 permet le recrutement de la protéine régulatrice TnsC. Celle-ci recrute alors le complexe formé par TnsAB et les extrémités de l’élément. Il s’ensuit l’activation de TnsAB qui catalyse le clivage et le transfert de brin des extrémités dans la cible (Bainton et al., 1993).

Certains éléments s’insèrent préférentiellement à côté de leurs propres extrémités (IS21 (Reimmann and Haas, 1987), IS30 (Olasz et al., 1997)), ce qui génère des tandems d’ISs hautement actifs en transposition, ou encore à côté de séquences présentant de fortes homologies avec leurs extrémités (Tn3 (Casadaban et al., 1981), IS911 (Loot et al., 2002)).

De nombreux éléments s’intègrent préférentiellement dans des séquences ADN consensus, dont certaines sont palindromiques. C’est le cas de Tn5 qui s’insère dans la séquence 5’-A/GNTYWRAN-C/T-3’ (Goryshin et al., 1998), ou encore Tn10 et IS10

I . Les transposases à motif catalytique DDE

31 qui s’insèrent dans la séquence 5’-NGCTNAGCN-3’ (Halling and Kleckner, 1982). Il a été montré par ailleurs que les séquences flanquant de part et d’autre ces sites cibles étaient impliquées dans des interactions avec la transposase. Ces séquences sont de 5 pb dans le cas de Tn5 (Shevchenko et al., 2002) et 6 pb dans le cas de Tn10 (Bender and Kleckner, 1992). Certains membres de la famille IS630, comme IS870, qui ne possèdent pas de codon de terminaison de traduction pour le gène de la transposase, ont élaboré une stratégie qui leur permet d’en générer un après l’intégration. Ils s’insèrent en effet dans la séquence palindromique 5’-CTAG-3’, qui, après duplication, fournit un codon de terminaison TAG an phase avec le gène de la transposase (Fournier et al., 1993). Les éléments de la famille IS4 et IS231a, s’insèrent dans des séquences consensus particulières qui adoptent une structure flexible qui est reconnue par la transposase de l’élément (Hallet et al., 1994).

Certains transposons présentent une très faible stringence au niveau de leur site d’insertion, ce qui conduit à une dispersion quasiment aléatoire de l’ET. Par exemple, le bactériophage Mu s’intègre dans une courte séquence d’ADN peu spécifique de 5 pb (5’-NYG/CRN-3’, (Mizuuchi and Mizuuchi, 1993)). Toutefois, la dispersion de cet élément est contrôlée par un phénomène complexe : l’immunité transpositionnelle (Adzuma and Mizuuchi, 1988). Ce processus, que je ne détaillerai pas ici, a été également décrit chez Tn7 et les transposons de la famille Tn3 (Arthur et al., 1984; Stellwagen and Craig, 1997). Pour Mu, l’immunité transpositionnelle n’autorise pas d’insertions de l’élément dans une zone de 10 à 15 kpb de part et d’autre de ses extrémités. Certains éléments des familles Tc/mariner (Tc1, Tc3, Sleeping Beauty …) et IS630 requièrent seulement la présence d’un dinucléotide TA dans leur site cible (Tenzen and Ohtsubo, 1991; van Luenen and Plasterk, 1994). Cependant, l’analyse de différentes insertions révèlent des sites d’insertion TA préférentiels, ce qui suggère que d’autres paramètres interviennent pour le choix de la cible. Il semble par exemple que l’élément Sleeping Beauty s’intègre préférentiellement dans des régions riches en nucléotides AT, qui sont caractérisées par leur grande flexibilité (Liu et al., 2005). Pour l’élément Tc3, le choix du site cible dépend des quatre nucléotides situés en amont du dinucléotide TA (van Luenen et al., 1994).