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Accueil > Départements > Biologie des Génomes > Maria COSTA : Structure, Fonction et Evolution des Retrotransposons Bactériens

Maria COSTA : Présentation de l’équipe

Notre équipe étudie la structure, fonction et évolution des rétrotransposons bactériens en employant une approche multidisciplinaire qui combine la génétique bactérienne, la biochimie, l’analyse phylogénétique et la cristallographie aux rayons X. Comme modèle d’étude nous utilisons les introns auto-catalytiques de groupe II car ils sont les rétroéléments les plus abondants chez les bactéries.

Les introns de groupe II sont des ARN catalytiques (‘ribozymes’) et des éléments génétiques mobiles présents dans les trois branches de l’arbre du vivant. Ces introns utilisent un mécanisme de mobilité remarquable, dit de rétrotransposition pour se propager efficacement dans les génomes. Un intron de groupe II mobile est un élément composite formé par un ribozyme de grande taille et doté d’une structure tridimensionnelle très complexe, et une phase ouverte de lecture codant pour une transcriptase inverse. Le ribozyme catalyse l’auto-épissage de l’intron à partir du précurseur ARN en libérant l’intron sous forme d’un ‘lasso’ ou ‘lariat’. L’intron ‘lariat’ ainsi excisé envahit ensuite une cible ADN en catalysant les réactions d’épissage en sens inverse, c’est l’épissage inverse (figure 1). Cette étape d’épissage inverse initie le processus de rétrotransposition. La transcriptase inverse a pour rôle de stabiliser la conformation active du ribozyme, et après l’épissage inverse, d’assurer une insertion stable du rétrotransposon dans le génome en copiant la séquence ARN intégrée en ADN.
Figure 1

Les introns de groupe II sont très probablement d’origine bactérienne, cependant, il est généralement admis qu’ils ont joué un rôle fondamental dans l’émergence des eucaryotes en tant que les ancêtres évolutifs des introns des pré-messagers nucléaires et de leur machinerie d’épissage, le spliceosome. Cette hypothèse évolutive repose sur de nombreuses similarités au niveau structural et fonctionnel dont la plus frappante est certainement le mécanisme d’épissage commun, qui aboutit à l’excision de l’intron sous forme d’un ‘lariat’. Dans les deux systèmes d’épissage, cette conformation branchée de l’intron résulte de la formation d’une liaison phosphodiester 2’-5’ entre une adénosine intronique très conservée et le premier nucléotide de l’intron, presque toujours une guanosine.
Trente ans après la découverte de la conformation ‘lariat’, on ne connaissait toujours pas les raisons de sa prédominance dans les systèmes d’épissage des organismes contemporains. Nos récentes structures cristallographiques d’un intron ‘lasso’ de groupe II illuminent cette question en révélant que la branche 2’(A)-5’(G) joue un rôle crucial dans l’assemblage du site actif de l’intron pour l’épissage et l’épissage inverse (Costa et al. Science, 2 décembre, 2016 ; figure 2).

De façon remarquable, des homologies au niveau de la transcriptase inverse et des similarités mécanistiques au niveau du processus de mobilité permettent également de déduire un lien évolutif entre les introns de groupe II et deux d’autres systèmes eucaryotes, à savoir, la télomerase et les rétrotransposons de type LINE-1, ces derniers constituant à eux seuls 17% du génome humain.

Projets

- Nous utilisons la cristallographie aux rayons X pour élucider à résolution atomique les réarrangements structuraux subis par le ribozyme de groupe II lors de l’épissage. Cette approche est également utilisée pour caractériser l’ensemble des interactions moléculaires qui s’établissent entre le ribozyme et sa transcriptase inverse au cours des différentes étapes du processus de rétrotransposition.

- En combinant la génétique bactérienne et des analyses structure-fonction in vivo nous étudions l’impact potentiel des introns de groupe II dans le programme d’expression génétique de l’hôte bactérien.

- La grande majorité des éléments LINE-1 présents dans le génome humain correspondent à des copies défectives. Cependant, la rétrotransposition du petit nombre de LINE-1 actifs contribue de façon décisive à la variabilité génétique et à l’évolution du génome humain. Par ailleurs, des évènements d’insertion génomique des LINE-1 sont souvent associés à des processus de tumorigenèse ce qui fait de ces rétrotransposons des biomarqueurs pour le cancer et des cibles thérapeutiques prometteuses. Nous cherchons à caractériser biochimiquement et structuralement, les interactions moléculaires qui s’établissent entre la transcriptase inverse LINE-1 et son mRNA lors de la mobilité de ces rétrotransposons. Ces études sont essentielles pour éclairer la question du lien évolutif entre les introns de groupe II et les rétrotranspososns non-LTR eucaryotes et, au-delà, s’avèreront capitales en biomédecine, en vue de l’utilisation des LINE-1 comme cibles thérapeutiques contre le cancer.

Mots Clés

Elément génétique mobile, Retrotransposon bactérien, Intron auto-catalytique de groupe II, Retrotransposition, Transcriptase inverse, Ribozyme, Structure des ARNs, Interactions ARN-protéine, Cristallographie aux rayons-X

Contact


COSTA Maria [Chargé de Recherche - CNRS]
Chercheurs rattachés à la direction
Département Biologie des Génomes
Equipe Michel F. - Les introns de groupe II en tant que ribozymes et rétrotransposons
01 69 82 32 15 Gif - Bât 26

publié le , mis à jour le