4. Les éléments génétiques mobiles

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1 4. Les éléments génétiques mobiles 4.1 Généralités Trois types : tranposons, plasmides et virus (1) Peuvent être considérés comme des éléments génétiques "égoïstes" voire "infectieux", qui se propagent au sein du système génétique d'un ou plusieurs organismes hôtes (parfois à leur détriment, d'où le développement de systèmes de "défense", mais parfois aussi en conférant des avantages à ces organismes) Enorme diversité (chez procaryotes et eucaryotes), grand succès évolutif (1) Certains virus peuvent être considérés comme des formes "avancées" de transposons voire de plasmides, capables de se propager d'une cellule à l'autre grâce à leur empaquetage préalabe dans un manteau (capside) de protéines. Il existe une autre forme de propagation des plasmides et transposons, la conjugaison (cf ).

2 4.2. Les plasmides Définition - réplicon (séquence ori ) - en général circulaire, parfois linéaire - plus petite taille que le chromosome de la bactérie - non essentiel à la viabilité de la bactérie -.. mais porte en général des gènes d'adaptation à certains milieux : Plasmide purifié photographié au microscope électronique

3 4.2.2 Diversité - surtout chez bactéries, rare chez archées et eucaryotes - grande diversité de tailles - selon le plasmide, une à qqes cent. copies par cellule - souvent > 1 type de plasmide dans une cellule (mais groupes d'incompatibilité) - en général négativement torsadé (negative super-coiled) par DNA gyrase ADN : 10 pb / tour Torsade ou + selon que soit imposé: < 10 pb / tour : - > 10 pb / tour : Réplication 3 modes de réplication : - theta (q) unidirectionnelle - theta (q) bidirectionnelle - "en cerceau" (rolling circle) Catalysé par le réplisome bactérien + ³ 1 protéine codée par l ADN plasmidique Spectre d'hôte : très limité à très large

4 3' 5' 3' réplication theta (q) unidirectionnelle réplication theta (q) bidirectionnelle réplication à partir de la séquence "ori" plasmides séparés par l ADN topoisomérase II

5 Rep coupure simple-brin au niveau de séquence orit 3' ADN pol III amorce ARN coupure simple-brin et ligature ADN pol III réplication en cerceau Rep = relaxase codée par un gène du plasmide

6 4.2.4 Maintien (a) système de répartition entre cellules filles ("partitionning") par - séquence pars - gènes para, parb sont nécessaires à cette répartition Modèle actuel : 1. Les protéines parb (en jaune) se lient à la séquence pars (en rouge) et interagissent entre elles 2. La protéine para liée à l ATP (en bleu) s'intercale entre les protéines parb 3. D autres protéines para se lient, ce qui produit un filament qui écarte les deux plasmides 4. Au moment de la division cellulaire, le filament est rompu et se dépolymérise

7 (b) système poison-antidote poison antidote cellule "tuée" par le poison - les protéines poison et antidote sont codées par le même opéron porté par le plasmide - la protéine poison inhibe une activité essentielle de la bactérie (synthèse des protéines, potentiel de membrane, ADN gyrase,..) - la protéine poison est inhibée par la protéine antidote - la protéine antidote est moins stable que la protéine poison

8 4.2.5 Propagation (par conjugaison) F + F + F _ F + - Nombreux gènes impliqués (gènes tra portés par le plasmide) - Majorité des plasmides sont : - soit auto-transmissibles : disposent de l ensemble des gènes tra nécessaires à la conjugaison - soit mobilisables : dépendent de gènes tra apportés par un autre plasmide pour être transférés par conjugaison - Importance dans la transmission horizontale de gènes de résistance aux antibiotiques (y compris entre espèces différentes!) - Egalement entre bactéries et eucaryotes (ex. région T du plasmide Ti des souches virulentes de Agrobacterium tumefaciens)

9 Un pilus 1 d une bactérie F + adhère à la surface d une bactérie F - 2. Le pilus se rétracte et provoque le rapprochement des deux bactéries 3... qui finissent par adhérer l une à l autre. La réplication en cerceau du plasmide débute et le complexe relaxase-plasmide simple-brin est transféré dans la bactérie F - où le brin complémentaire est synthétisé 1 filament formé à partir d une protéine, la piline 1.

10 Mécanisme de transfert du complexe relaxase-plasmide simple-brin? - De nombreuses bactéries disposent d un "système de sécrétion" : complexe de protéines formant un conduit traversant les enveloppes cellulaires et capable d excréter des protéines (ex. toxines vers une cellule infectée) - Les plasmides ont "récupéré" les gènes codant pour ces systèmes de sécrétion et ces gènes ont évolué vers la mise en place d'un complexe qui a la particularité de former un filament de piline (pilus) adhésif et d incorporer une protéine "de couplage" (pard) capable de se lier à la relaxase - Une fois le pilus rétracté, la relaxase liée de façon covalente au plasmide simple-brin se lie à la protéine pard (complexe hexamérique) et est transférée dans la bactérie F - (couplé à l hydrolyse d ATP), probablement via le canal central du pilus. protéine de sommet filament de piline (tara) membrane externe espace périplasmique (avec paroi de muréine) membrane plasmique protéine de couplage