Les éléments transposables chez l'Homme

	République Tunisienne Ministère de l'Enseignement supérieur De la recherche scientifique et de la technologie Université de Monastir Institut supérieur de biotechnologie de Monastir Mémoire Bibliographique Première année Mastère Génétique et Biodiversité
	Les éléments transposables chez l'Homme
	Présenté par : Abdelbasset Amara Soutenue en 2008 Année universitaire : 2007-	2008

« Nous ne pouvons achever ce travail sans rendre grâce à dieu pour

son aide sa générosité et pour la patience qu'il nous a donné pour

aboutir à ce stade »

Dédicace

A mes chers parents :

« Jamais je n'oublierai vos sacrifices pour moi, vous étiez toujours avec moi par vos
encouragements et vos conseils. Que vous trouviez dans ce travail une expression
de mon grand amour envers vous et de ma grande reconnaissance ! Que dieu tout
puisant vous protége et vous offre la santé et une longue vie ! »

A mes chers frères:

« Vous étiez toujours à mes cotés. Je ne pourrais jamais imaginer ma vie sans vous.
Que dieu vous garde, vous protège et vous offre une vie pleine de bonheur et de
succès ! Que vous trouviez dans ce travail mes vifs sentiments d'amour et
d'affection ! »

A tous les membres de ma famille et à tous mes amis :

« Vous êtes toujours dans mon coeur. Je ne vous oublierai jamais. Veuillez trouver
dans ce travail mon expression d'amour et d'amitié envers vous ! »

Remerciement

A Messieurs et Mesdames, les membres de jury :

« Je vous suis très reconnaissant pour avoir accepté de juger ce travail
modeste. Qu'il me soit permis de vous exprimer mes sentiments de respect, d'estime
et de gratitude»

Liste des abréviations

A : Adénine G : Guanine U : Uracile T : Thymine C : Cytosine ADN: Acide Désoxyribonucléique

ARN: Acide Ribonucléique

ARNm: ARN messager

ARNt : ARN de transfert

env : enveloppe

ET : Elément Transposable

gag: group associated antigen

IR: Inverted Repeat (Repetition Inversée)

IS: Insertion Sequence

ITR: Inverted Terminal Repeat

Kb: kilobases

LINE: Long Interspersed repetitive Element

LTR : Long Terminal Repeat

MITE: Miniature Inverted Repeat Transposables Elements

ORF: Open Reading Frame

PBS : protein binding site

pb : paire de base

pol : polymérase

SAGE : Serial analysis of gene expression

SINE: Short Interpersed Nuclear Element

SVA: SINE VNTR Alu

SOX : sex related box

TIR : Terminal Inverted Repeats

Sommaire

Introduction 1

I. Les différents éléments transposables 2

1. Définition 2

2. Les différentes classes d'éléments transposables 2

2.1. Les éléments de classe I . 2

a. Les rétrotransposons avec LTR 3

b. Les rétrotransposans sans LTR . 4

a. 1 les éléments LINE 4

a.2 les éléments SINE 6

2.2. Les éléments de classe II 7

2.3. Les éléments de classe III . 7

II. Les éléments transposables actifs dans le génome humain 8

III. Les interactions entre les éléments transposables et le génome humain 9

1. Effets négatifs sur le génome 9

a. Les insertions 9

b. Les recombinaisons 9

c. Implications des ET dans des maladies 10

2. L'effet du génome sur les rétotransposons 11

3. Effets bénéfiques pour le génome 12

a. Rôles des ET dans la régulation de l'expression des gènes 12

b. Rôles des ET dans la création de nouveaux gènes . 13

c. Les éléments transposables et le système immunitaire .. 13

d. Rôles des éléments transposables dans l'évolution et la spéciation 14

IV. Importance des éléments transposables dans la génétique .. 15

1. Marqueur de polymorphisme . 15

2. Utilisation dans la thérapie génique 15

Conclusion . 16

Références bibliographiques .. 17

Introduction

Pendant une longue période de temps le génome était considéré comme une entité statique. Bien que l'idée du changement brusque des gènes par mutations soit acceptée, on estimait notamment que la localisation des gènes sur les chromosomes était fixe sur de longues périodes d'évolution, tout en admettant la possibilité de changement par la recombinaison.

Cette approche changea après la découverte des éléments transposables par BARBARA MCCLINTOCK dans les années cinquante. Cette découverte n'a pas commencé à être véritablement admise que lorsque de tels éléments ont été trouvés tout d'abord chez les bactéries (Shapiro 1969) puis chez la drosophile (Kidwell et al. 1977) et lorsque l'on s'est aperçu qu'une grande partie de la plupart des génomes était constituée de séquences répétées non codantes. Ainsi, la vision statique du génome était abandonnée pour une vision dynamique recelant un grand nombre de fluctuations.

Dans cette nouvelle approche, les éléments transposables ont été considérés au début comme de simples parasites (Orgel et Crick 1980). En effet, la transposition leur permet une autoréplication en utilisant les ressources moléculaires de l'hôte. Ainsi, sous cette hypothèse, seul l'avantage réplicatif des ETs pourrait expliquer leur augmentation et leur maintenance dans le génome et selon cette conception, les ET n'ont que des effets négatifs sur leurs hôtes. Puis des études ont suggéré qu'ils pouvaient jouer un rôle fondamental dans l'évolution des génomes et l'augmentation du pouvoir adaptatif de certains individus. (Orgel et Crick 1980)

Actuellement, de nombreuses études ont pour but d'étudier les ETs d'un point de vue structural et fonctionnel, ainsi que leurs effets sur les génomes hôtes car ils apparaissent de plus en plus comme des composés fondamentaux des génomes.

Les questions principales abordées dans ce travail ont pour objectif de présenter les différentes familles d'éléments transposables et d'étudier comment ces éléments transposables interagissent avec le génome humain et quelles sont les conséquences qu'ils entraînent ?

I. Les différents éléments transposables :

1. Définition :

Les éléments transposables sont classiquement définis comme des séquences moyennement répétées qui ont la capacité de se déplacer d'une position à une autre. Ce mouvement est appelé transposition. Jusqu'à présent, les ETs ont été trouvés dans tous les organismes vivants (procaryotes et eucaryotes). Au sein d'un même génome, on peut trouver des éléments de type différent. Le nombre de copies des ETs peut varier de moins d'une dizaine à plusieurs centaines de milliers selon le type d'éléments et l'espèce hôte. (Orgel et Crick 1980)

Par exemple, chez le maïs, ils représentent plus de 50% du génome total (SanMiguel et al. 1996) alors que chez la levure ils ne forment que 3% du génome (Kim et al. 1998) et ils occupent 44% du génome chez l'homme. (Mills et al 2007)

Lors de leurs déplacements, ils peuvent s'insérer dans les gènes ou dans des régions régulatrices et être responsables de mutations pouvant être délétères ou non. Ils sont aussi responsables d'importants remaniements chromosomiques comme des délétions, des inversions et des translocations (Evgen'ev et al. 2000). Ils sont donc une source de variations génétiques importantes. Ainsi, les ETs ont un impact important sur leur génome hôte. Malgré la caractéristique commune qui est de dupliquer leur site cible lors de leur insertion, les ETs ont des structures pouvant être très différentes. On peut ainsi les caractériser selon leur structure et selon l'intermédiaire qu'ils utilisent pour se déplacer (Finnegan 1992).

Les éléments autonomes possèdent des gènes codant pour des protéines nécessaires à leur déplacement. On trouve aussi un certain nombre d'éléments non autonomes qui dépendent des éléments autonomes pour leur transposition.

2. Les différentes classes d'éléments transposables :

Selon leur diversité structurale et leur mode de transposition, Les ET se répartissent en trois principaux groupes : les éléments de classe I ou rétrotransposons, les éléments de classe II ou transposons, et les éléments de classe III.

2.1 Les éléments de classe I :

Les éléments transposables de classe I ou les rétrotransposons sont des éléments qui se déplacent via un intermédiaire ARN selon un modèle réplicatif ou un modèle copier-coller. Ils sont subdivisés en deux sous-classes, selon qu'ils possèdent ou pas des séquences (LTR) « Long Terminal Repeat ».

a. Les rétrotransposons avec LTR :

Ce sont des éléments de 5 à 9 kb encadrés de longues séquences (de quelques centaines de bases) terminales répétées en orientation directe connues sous le nom de LTR. Ces séquences contiennent les régions promotrices et régulatrices des séquences codantes de l'élément et comportent trois domaines fonctionnels : U3, R et U5 (Figure 1)

Lors de leur transposition, les ARN messager des rétrotransposons à LTR sont tout d'abord rétrotranscrits par une transcriptase reverse avant d'être insérés dans le génome. De point de vue organisation, ces éléments sont proches des rétrovirus (Capy 2005). Ainsi, on retrouve principalement deux ORFs (Open Reading Frame) présents chez les rétrovirus : les gènes gag et pol. Chez les rétrovirus, le gène gag code pour une polyprotéine qui donne trois protéines matures : la protéine de la matrice, la protéine de la capside et la protéine de la nucléocapside qui composent la capside virale (Warmus et Brown 1989). Chez les rétrotransposons, l'utilité du gène gag n'est pas encore élucidée. Le gène pol code pour une polyprotéine qui, après protéolyse, forme les protéines requises pour la transposition, notamment une protéase, une transcriptase inverse nécessaire à la rétrotranscription, une Rnase H et une intégrase, qui permet l'insertion de l'élément dans le génome. Les rétrotransposons à LTR sont subdivisés en deux groupes principaux suivant l'ordre des domaines protéiques du gène pol. Chez les éléments de type Ty1/copia, l'intégrase se trouve du côté 5' de la transcriptase inverse alors que chez les éléments de type Ty3, elle se place du côté 3' (voir Figure 1). Chez certains rétrotransposons à LTR du groupe gypsy/Ty3, on trouve aussi une troisième ORF, le gène env. (Warmus et Brown 1989). Les rétrovirus possèdent ce gène qui code pour une polyprotéine formant après protéolyse deux protéines : une transmembranaire (TM) et une extracellulaire (SU). Ces protéines permettent l'adsorption et la pénétration dans la cellule cible du rétrovirus (Warmus et Brown 1989).

Ces différentes études suggèrent un lien étroit entre rétrovirus et rétrotransposons à LTR. L'hypothèse la plus couramment avancée est l'apparition de rétrovirus à partir de rétrotransposons à LTR ayant acquis un gène d'enveloppe (Temin 1980). Cependant, on ne peut exclure le phénomène inverse : un rétrovirus perdant son gène d'enveloppe devient un rétrotransposon.

Figure 1 : Structure des différents types de rétrotransposons à LTR (Warmus et Brown 1989)

b. les rétrotransposons sans LTR :

Ces éléments sont caractérisés par une queue poly A ou une région riche en A à leur extrémité 3' (Finnegan 1992). Ils possèdent à chaque extrémité de courtes répétitions directes. La grande diversité des rétrotransposons sans LTR et leur similitude avec les rétrotransposons à LTR suggèrent que les rétrotransposons sans LTR seraient à l'origine des rétrotransposons à LTR (Craig, 2002). La sous-classe des rétrotransposons sans LTR se divisent en deux familles : les LINE et les SINE.

b.1 LINE (Long Interspersed Nuclear Elements):

Les LINE peuvent mesurer 1 à 7 kb et possèdent généralement deux ORF, correspondant aux gènes gag et pol. Contrairement aux rétrotransposons à LTR, le gène pol est dépourvu d'intégrase. La plupart de ces éléments sont tronqués en 5' et possèdent des promoteurs internes qui leur permettent d'être transcrits par une ARN polymérase II (McLean et al. 1993).

Bien qu'ils soient rétrotranscrits, les éléments LINE ont un système d'intégration complètement différent des rétrotransposons à LTR. En effet, la transcriptase inverse reconnaît le transcrit et initie la rétrotranscription, en même temps que l'intégration au niveau d'une coupure de l'ADN génomique effectuée par une endonucléase (Luan et al. 1993).

Il y a plusieurs familles de LINE telles que LINE 1 (L1), L2 et L3. Mais dans le génome humain on trouve généralement des L1 (figure 2).

· Structure, expression et répartition des L1.

Un fragment L1 de 6 kb possède une région non traduite 5' (UTR) de 906 nucléotides, deux phases ouvertes de lecture (ORF1 et ORF2) et une deuxième région non traduite 3' de 206 nucléotides qui se termine par une queue poly A. La région UTR 5' joue le rôle de promoteur interne qui contrôle la transcription de l'élément L1 par l'ARN polymérase II (figure 2). ORF1 code pour une protéine de 40 KDa qui se lie à l'ARN de L1 pour former une ribonucléoprotéine cytoplasmique (RNP) et le domaine LZ a probablement un rôle dans la dimérisation de cette protéine. Plusieurs analyses ont montré qu'ORF1 contribue dans la rétrotransposition mais son rôle exact n'est pas encore clair. Des études suggèrent qu'elle a une fonction de chaperonne des acides nucléiques pour leurs permettre des réarrangements stables. Alors qu'ORF2 code pour une protéine de 150 kDa qui possède des activités endonucléase et rétrotranscriptase qui va couper l'ADN de l'hôte et faire une transcription inverse de l'ARN de L1 en ADN qui sera inséré dans le site de coupure de l'ADN hôte formant ainsi un nouvel élément L1. (Goodier et Kazazian 2005)

Figure 2 : Structure complète d'un élément LINE humain (UTR : untranslated region, TSD : variable length target site duplication; EN : endonuclease domain; RT: reverse transcriptase domain ; Lz . a putative leucine zipper domain ; IGS : intergenic spacer region ZN : putative zinc knuckle motif ; GrPPT : guanosine-rich polypurine tract) (Goodier et Kazazian 2005)

La famille de L1 peut être divisé en deux sous-familles : les Ta (transcribed, subset a) et pre-Ta qu'on peut les distinguer par diagnostic des trinucléotides de leur région UTR 5'. La sous-famille Ta comporte le plus grand nombre d'éléments actifs puisque 13 des 14 événements de rétrotransposition récemment découvert et qui sont responsable de maladies chez l'homme sont dus à des insertions de Ta. La dernière insertion des quatorze est due à un pre-Ta. Ce qui montre une grande activité de cette sous-famille. (Goodier et Kazazian 2005)

Les études de Kazazian et Moran en 1998 ont montré que le génome humain diploïde comporte
entre 80 à 100 éléments L1 actifs. Par contre le génome de la souris compte des milliers
d'éléments L1 actifs et qui sont subdivisés en plusieurs sous familles. Ceci est démontré par le

pourcentage élevé de mutation chez la souris (2.5%) par rapport à l'homme (0.07%). (Kazazian and Moran 1998)

Les éléments L1 sont rencontrés dans tous les chromosomes mais préférentiellement sur le chromosome X où ils représentent 26% de sa composition. Les analyses cytogénétiques ont montré que les séquences L1 atteignent une grande densité au niveau de l'hétérochromatine. Des études supposent un rôle présumé des L1 dans l'inactivation du chromosome X. (Goodier et Kazazian 2005)

b.2 SINEs (Short Interspersed Nuclear Elements):

Les SINE font généralement environ 500 pb de longueur. Ils sont des éléments non autonomes qui ne possèdent pas de cadre de lecture, et sont composés de deux «boîtes» A et B consensus du promoteur (deux sites de fixation à l'ARN polymérase III) et d'une queue polyA à l'extrémité 3'. Les SINE ne contiennent pas de terminateur de transcription pour l'ARN polymérase III. Ils dérivent presque tous des ARN de transfert (Okada 1991) excepté l'élément Alu des primates et la famille B1 des rongeurs qui dérivent de l'ARN 7SL (Ullu et Tschudi 1984). Les SINEs dérivés d'ARNt ont une structure composite comportant une région homologue à un ARNt, une région « core » conservée de fonction inconnue, une région non homologue à un ARNt et une zone de taille variable AT riche en 3'. La zone homologue à un ARNt contient le promoteur interne d'ARN polymérase III. Ces éléments non autonomes utilisent vraisemblablement la transcriptase inverse des LINEs pour se déplacer (Okada et al. 1997). Les SINE représentent 13% du génome humain et les éléments les plus abondants sont les éléments Alu et ils sont appelés ainsi car ils contiennent un site qui est reconnu par un enzyme de restriction qui est Alu I. Cette séquence est spécifique au génome des primates.

Chez l'homme, les Alu sont responsables de 0,1 à 0,3% des maladies (ROY et al. 1999).

Figure 3 : Structure des éléments transposables de classe I et leurs nombres de copies dans le génome humain. (Insuk et al. 2003)

2.2 Les éléments de classe II :

La classe II comporte les éléments se déplaçant par un intermédiaire ADN. Ils sont directement excisés puis introduits à un autre endroit du génome grâce à une transposase. Ce mécanisme est appelé transposition selon le mode couper-coller. Ces éléments sont plus petits que les rétrotransposons. Ils possèdent à chacune de leurs extrémités de courtes séquences répétées inversées de quelques dizaines à quelques centaines de paires de base (ITR : Inverted Tandem Repeat). On trouve généralement dans leur séquence un seul cadre de lecture qui code pour la transposase (figure 4). Celle-ci se fixe au niveau de séquences spécifiques près des ITR. Cette classe regroupe un ensemble de superfamilles hétérogènes dont les éléments les plus caractéristiques sont l'élément Ac du maïs et les éléments P et mariner de la drosophile. Les bactéries peuvent comporter deux types de transposons : les IS (Mahillon et Chandler 1998) et les Tn, qui sont des éléments composites pouvant comporter un gène de résistance à un antibiotique ou à des métaux lourds.

Figure 4 : Structure des éléments transposables de classe II et leurs nombres de copies dans le génome humain. (Insuk L et al. 2003)

2.3 Les éléments de classe III :

Cette classe regroupe des éléments dont on connaît mal le mécanisme de transposition. C'est le cas par exemple pour les éléments foldback qui possèdent de grandes répétitions terminales inversées. Ils ont tout d'abord été détectés chez la drosophile (Truett et al. 1981) mais ils sont aussi présents chez d'autres organismes comme le nématode (élément Tc4) (Yuan et al. 1991) et l'oursin de mer (éléments TU) (Liebermann et al. 1983).

On place aussi dans cette classe la superfamille des MITEs (Miniature Inverted-repeat Transposable Elements) qui présente des éléments mal caractérisés et de très petite taille (100 à 500 pb) et qui sont flanquées par des répétitions inversés caractéristiques d'environ 15 pb. On les trouve principalement chez les plantes comme le poivre vert ou le maïs et les champignons. Ils ont cependant été récemment détectés chez certains vertébrés (l'homme, le poisson zèbre et le xénope). Certaines caractéristiques comme des ITR et des duplications générées lors de l'insertion suggèrent qu'ils peuvent dériver d'éléments de classe II, il pourrait donc s'agir d'éléments de classe II dégénérés (Feschotte et Mouchès 2000).

II. Les éléments transposables actifs dans le génome humain :

Malgré que les éléments transposables présentent 44% du génome humain. Une très faible proportion de ces éléments (moins de 0.05%) demeure active aujourd'hui. Des études récentes indiquent qu'environ 35 à 40 sous-familles de L1, Alu, SVA (SINE-R, VNTR and Alu) restent encore activement mobiles dans notre génome. Ces éléments qui demeurent actifs sont d'importance majeure car se sont eux qui sont responsables de la diversité génétique dans les populations humaines et se sont eux aussi qui continuent à produire des maladies en s'intégrant dans ou à proximité des gènes. (Mills et al 2007)

Les éléments L1 actifs dans le génome sont accablés par un grand nombre de copies de L1 inactifs. Généralement tous les L1 sont tronqués à leurs extrémités 5'. La plupart des L1 possèdent des codons stop au niveau des régions qui codent les deux protéines ORF1 et ORF2 qui ont un rôle dans la rétrotranposition. La capacité de L1 à s'exprimer n'a été découverte que lorsque ce dernier a sauté pour s'insérer au niveau du gène codant pour le facteur VIII et causant ainsi l'hémophilie. Donc les L1 actifs sont rares dans notre génome et ne sont pas facilement reconnaissables dans cette grande collection d'éléments L1 inactifs. Les copies actives d'Alu sont quant à eux plus difficile à identifier vu qu'ils sont des éléments non autonomes et qui dépendent des protéines de L1 pour leur transposition. (Mills et al 2007)

Plusieurs stratégies ont été adoptées pour identifier les éléments qui ont été récemment mobiles comme par exemple la comparaison du génome de l'homme au génome du chimpanzé pour détecter les insertions de transposons spécifiques à chaque espèce (Mills et al 2007). Les copies d'éléments trouvés dans l'une des deux espèces ont généralement été mobiles durant les 6 derniers millions d'années (le temps dans lequel un ancêtre commun entre l'homme et le chimpanzé existait). Plus de 10000 de ces insertions de transposons spécifiques à chaque espèce ont été identifié et la plupart d'entre eux (plus de 95%) sont des éléments L1, Alu et SVA (un élément inhabituel composite qui est dérivé de trois autres éléments qui sont SINE VNTR et Alu). Des expériences de transposition dans des cultures cellulaires ont été effectuées pour démontrer qu'uniquement une faible proportion des éléments transposables est active. (Brouha et al. 2003)

III. Les interactions entre les ET et le génome humain :

1. Effet négatif des éléments transposables sur le génome :

Les éléments transposables peuvent causer des mutations au niveau du génome soit par l'insertion à l'intérieur, ou à proximité d'un gène, et altérer alors directement son expression ou en causant des aberrations chromosomiques suites à des recombinaisons homologues.

a. Les insertions : Ils peuvent être :

V' dans une phase codante : interruption de la phase, un polypeptide tronqué. V' dans un intron et dans ce cas il y a plusieurs possibilités :

· elles n'auront aucun effet.

· Un arrêt de la transcription dans le transposon : polypeptide incomplet.

· Un épissage incorrect ou plus ou moins inhibé : polypeptide tronqué, protéine chimère ou protéine correcte moins abondante.

V' en amont d'un gène dans une zone régulatrice : D'où dérégulation

· soit transcription inhibée .
· éloignement entre promoteur et séquences activatrices ou destruction de ces dernières.

· soit transcription activée .
· Le promoteur propre est faible, remplacé par un promoteur fort présent à l'intérieur du transposon ; ceci peut conduire à l'induction ectopique (dans un autre lieu) de la transcription (une dérégulation spatio-temporelle). (kazazian 2004)

b. Les recombinaisons : Les séquences L1 et Alu peuvent provoquer des mésappariements et des crossing-over inégaux qui entraînent des délétions ou des duplications des séquences entre les fragments répétés. Une implication étonnante des éléments Alu dans ces événements a été largement décrite dans la littérature (kazazian 2004). Les éléments L1 sont moins impliqués dans ces mésappariements à cause de leur faible représentation dans les régions de forte densité géniques par rapport aux éléments Alu. L'implication des Alu est étonnante car normalement leur insertion est dépendante de la machinerie des L1. Donc cette distribution des L1 et Alu peut refléter une contre sélection au cours de l'évolution des L1 dans les régions riches en gènes (kazazian 2004). D'un autre coté la recombinaison homologue entre les éléments Alu peut entraîner des duplications de fragments. Ces fragments dupliqués de 200 à 400 Kb représentent environ 5% du génome humain. Quand ces séquences dupliquées dépassent les 5Mb, ils peuvent être responsables de la génération de plusieurs maladies. Ceci en causant des délétions, duplications ou des inversions suite à des mésappariements et des crossing-over inégaux. (figure 5)

Figure 5 : Quelques insertions et recombinaisons causés par les éléments transposables dans le génome humain (kazazian 2004)

c. Implication de ET dans des maladies : Ces réarrangements causés par les insertions et les recombinaisons ont de graves conséquences sur le fonctionnement de la machinerie cellulaire et peuvent ainsi générer des maladies. Les recombinaisons non homologues des éléments SINEs et la perte de séquence génomique ont provoqué l'apparition de cancers dans des lignées cellulaires humaines (Craig et al 2002). Une étude a montré aussi, après comparaison de tissus sains et de tissus tumoraux par la méthode SAGE, que les éléments SINE proches des gènes contribuent à la cascade de dérégulation de gènes dans les cellules cancéreuses (Lerat et al 2007). Il y a plus de 30 maladies génétiques et 16 types de cancer qui ont été attribués à la recombinaison homologue entre des SINEs (Tableaux 1 et 2 : Deininger et Batzer 1999). L'implication de recombinaison des éléments LINE a été aussi observée dans le cas des cancers de l'oesophage et du tractus génital femelle. L'hypométhylation des LINEs a été associé à un haut niveau d'expression de gène dans des tissus cancéreux divers. Il a été suggéré que l'hypométhylation de ET peut promouvoir l'instabilité génomique et faciliter ainsi la progression de la tumeur. (Lerat et al 2007).

L'élément L1 en s'insérant au niveau du gène codant pour le fracteur VIII cause la maladie de l'hémophilie (Kazazian 1988). L'élément L2, un membre de la famille LINE2 et qui représente 3% du génome humain, lui aussi en s'insérant auprès d'un nombre de gènes est capable de jouer le rôle d'un silencer des gènes codant aux cellules T. (Donnelly et al. 1999)

Tableau 1 : Quelques types de cancers dus aux recombinaisons A lu/A lu

Tableau 2 : Quelques maladies dues aux insertions des éléments Alu

2. L'effet du génome sur les réterotransposons :

Il est clair que les éléments transposables ont la capacité de causer plusieurs dégâts dans le génome humain par leurs insertions et leurs recombinaisons. Mais ceci n'empêche pas que plusieurs rétrotranspositions sont inhibés dans la plupart des cellules. La protéine ORF1 de L1 et son ARN par exemple ont été détectées dans des cellules tumorales ou embryonnaires mais rarement dans des cellules différenciées. On soupçonne que la méthylation des transposons joue un rôle important dans leurs inactivations. Les dinucléotides CpG du promoteur L1 sont très méthylés ce qui bloque sa transcription. Le traitement des cellules avec 5-azacytidine (un inhibiteur de la méthylation) entraîne une augmentation de la transcription des L1 (Woodcock et al. 1997).

Les facteurs cellulaires peuvent aussi contribuer à la régulation de la transcription des éléments
transposables. Dans le cas de l'élément L1, la région UTR 5' comporte 2 sites de liaison, un pour
SOX1 1 (facteur de la famille de SRY) et l'autre pour YY (Ying Yang). Un rôle important de ces

deux facteurs a été démontré dans l'inhibition de la transcription de cet élément. (Goodier et Kazazien 2005)

On peut également spéculer un autre moyen possible pour l'inhibition de la rétrotransposition. C'est le phénomène de l'ARN interférence (RNAi) qui a été découvert fortuitement chez le nématode Caenorhabditis elegans. Par ce phénomène des molécules d'ARN double brin sont capables de réduire au silence les gènes de séquences homologues. L1 peut s'insérer au niveau de l'ADN et occasionnellement dans des gènes, en orientation directe ou inversée, et de ce fait il peut être transcrit comme étant un fragment interne en un large ARNm hétérologue. Les RNAi empêchent la traduction de l'ARNm en protéine par appariement d'un ARN antisens sur l'ARNm, ce qui forme un ARN double brin reconnu et détruit par la machinerie cellulaire de l'hôte. (Goodier et Kazazien 2005)

3. Effet bénéfique sur le génome :

En plus de leur rôle dans la plasticité structurale du génome, les éléments transposables ont le moyen de modifier la structure d'un gène par leurs insertions. Ils pourraient alors intervenir dans l'évolution du génome et l'expression des gènes. (Kazazian 2004)

a. Rôles des ET dans la régulation de l'expression des gènes :

Même si les insertions des ET n'ont pas lieu dans les exons, ces éléments peuvent influencer les gènes situés à proximité. Les ET peuvent aussi s'insérer dans les promoteurs, dans les introns ou les parties transcrites et non traduites du gène. L'insertion d'un élément transposable dans le promoteur peut modifier la transcription du gène. Cette insertion peut inhiber les boites de régulation qui augmentent alors la transcription d'un gène ou plus simplement éteindre le gène (Conte et al 2002). Mais l'insertion d'un élément transposable dans le promoteur d'un gène peut aussi donner un avantage au génome hôte, par exemple en créant des sites de liaison à des facteurs de transcription précédemment non présent dans les gènes spécifiques. (Bartley et al. 2006). Les éléments transposables peuvent modifier la localisation tissulaire de la transcription d'un gène donné : chez l'humain et la souris, une dizaine de gènes orthologues ont une transcription tissulaire différente selon l'insertion ou non d'éléments transposables dans l'un des deux génomes. D'autre part, les éléments non autonomes peuvent apporter de nouveaux motifs de régulation contenus dans leurs séquences internes. Chez l'humain, la séquence Alu contient plusieurs motifs de liaison aux facteurs de transcription. Ces motifs vont modifier le profil d'expression du gène à proximité. L'élément non-autonome peut s'insérer dans le promoteur et devenir une partie intégrante de celui-ci ou devenir le nouveau promoteur du gène. Donc les ET ont un grand potentiel pour influencer la régulation de la transcription des gènes. (Tempel 2007)

b. Rôles des ET dans la création de nouveaux gènes :

En plus de la capacité des ETs à contrôler l'expression d'un gène hôte, ils peuvent aussi se transformer en nouveaux gènes hôtes. Cette transformation s'effectue après la perte de mobilité (perte des extrémités palindromiques et/ou des gènes de transposition dans le génome) et la mutation de la séquence interne de l'élément transposable. Certains éléments non autonomes peuvent capturer des fragments de gènes différents (Jiang et al 2004) et peuvent être transcrits en un seul ARNm. Ainsi, une récente étude a démontre que 5 % des exons du génome humain dérivent des rétrotransposons Alu (Kreahling et al 2004).

Il parait aussi que la séquence UTR 5' de L1 a assumé le rôle d'un enhancer des apolipoprotéines dans les hépatocytes. (Goodier et Kazazian 2005)

Un autre exemple a été également cité celui du promoteur du gène codant pour le facteur lX. On pense que ce promoteur réside dans l'extrémité 3' dans un ancien L1. (Goodier et Kazazian 2005)

c. Les éléments transposables et le système immunitaire : Un exemple spectaculaire de domestication moléculaire est fourni par la découverte qu'une des fonctions clés du système immunitaire des vertébrés, notamment l'homme, a émergé il y a environ 100 millions, d'années à partir d'un élément transposable (Agrawal et al 1998). Dans ce système, deux protéines, RAG1 et RAG2, sont essentielles pour la recombinaison V(D)J. Elles possèdent en effet à la fois la propriété de reconnaître des séquences nucléotidiques spécifiques correspondant à des signaux de recombinaison placés au voisinage des segments V, D et J, et celle de cliver de l'ADN immédiatement à proximité de ces signaux. Ces derniers, composés d'heptamères et de nonamères très conservés et séparés les uns des autres par des séquences relativement homogènes de 1 2 ou 23 nucléotides, évoquent les répétitions terminales inversées de nombreux éléments transposables. In vitro, les protéines RAG purifiées entraînent la transposition intra- et intermoléculaire de segments d'ADN flanqués par les signaux de recombinaison dans une grande diversité de sites cibles, en provoquant généralement une duplication de 5 pb de ces sites. Ces réactions sont, du point de vue de leurs mécanismes, identiques à celles provoquées par les transposases d'éléments mobiles ou les intégrases des rétrovirus. La production d'antigènes spécifiques par la recombinaison V(D) J ainsi que le gène apparenté aux gènes RAG sont restreints aux vertébrés à mâchoires. Les similitudes fonctionnelles et structurales amènent à penser que les gènes RAG1 et RAG2 étaient autrefois des parties d'un élément transposable actif possédant des répétitions terminales inversées identiques aux signaux des recombinaisons V(D) J (figure 6). (Agrawal et al 1998)

Figure 6 : L'activité des gènes rag1 et rag2 du système immunitaire des mammifères a pour origine l`activité transposase d`un élément transposable. (Agrawal et al 1998)

d. Rôles des éléments transposables dans l'évolution et la spéciation :

En plus de leurs capacités à créer de nouveaux gènes, des études suggèrent que les transposons ont eu un rôle majeur dans l'évolution et la transformation des espèces. D'après cette suggestion, les insertions des ET et les réarrangements génomiques qu'ils peuvent créer, ont probablement conduit à la spéciation de plusieurs organismes. Notamment la lignée des primates qui a subit une activité intense de ces transposons (Pace and Feschotte 2007). On suppose que la plupart des transposons ont été intensivement mobiles après l'existence d'un ancêtre commun entre l'homme et le chimpanzé (avant environ 6 million d'années). De ce fait le niveau de transposition chez l'homme était plus élevé que celui du chimpanzé durant ces derniers millions d'années. L'homme a donc amplifié des copies de sous familles de transposons différentes de celles amplifiées par le chimpanzé, ce qui a permis une évolution différente des deux sous-espèces. (Mills et al. 2006)

IV. L'importance des éléments transposables dans la génétique:

1. Marqueur de polymorphisme :

Les intégrations récentes de l'élément Alu dans le génome humain ont généré des variants qui sont présents ou absents et qui ont une grande utilité dans l'étude des populations humaines. Ces variants peuvent être utilisés comme des marqueurs d'ADN dans les analyses de paternité et de médecine légale. (Kass et al. 2006)

2. Utilisation dans la thérapie génique :

La thérapie génique est une stratégie très prometteuse dans le traitement de plusieurs maladies génétiques héréditaires ou acquises. Divers types de vecteur ont été utilisés pour délivrer l'acide nucléique thérapeutique aux cellules affectées. Les vecteurs viraux ont montré des effets génotoxiques et des complications immunologiques. Alors que les vecteurs non viraux sont moins efficaces dans l'intégration au niveau du génome. Une solution était proposée et qui consiste à utiliser les éléments transposables. Ces éléments ayant la capacité de s'intégrer facilement dans le génome permettent donc l'introduction du gène d'intérêt et son expression. (Ivics and Izsvák 2006)

La reconstruction moléculaire de Sleeping Beauty, qui est un ancien transposon des poissons, représente une étape importante dans l'application de la thérapie génique fondée sur la transposition. (Ivics and Izsvák 2006)

Conclusion

Les éléments transposables ont été considérés pendant longtemps comme des éléments sans valeur qui ne participent pas à la machinerie cellulaire. Ils ont été vus comme des parasites du génome ou de « l'ADN égoïste » qui ne faisaient qu'amplifier leurs ADN sans aucune influence sur le développement et le fonctionnement de la cellule. Or, il s'est apparu que leur existence dans le génome n'est pas due au hasard. Aujourd'hui, on considère les éléments transposables comme potentiellement nécessaires au génome de l'hôte. Bien que leur mobilité soit, à court terme, plus souvent génératrice de problèmes (source de mutation...) pour l'organisme, à long terme, il en est tout autrement. Les éléments transposables permettraient la création de nouveaux gènes et seraient aussi un facteur d'adaptation face à l'environnement. Ainsi plusieurs études soulignent l'impact de ces éléments transposables dans l'évolution des espèces. Ils seraient, par exemple, à la base du développement de notre système immunitaire. Il reste donc encore beaucoup de choses à découvrir sur eux et la présence de ces éléments dans le génome pose de nombreuses questions sur leur origine et leur relation avec certains hôtes indésirables.

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