Fonction et évolution des séquences répétées dans les génomes

Les duplications complètes du génome sont un phénomène évolutif au cours duquel le génome double en taille et en contenu. Cette source de redondance majeure a donné naissance à de nombreuses familles de gènes dans le génome humain, mais également à l’organisation génétique complexe de nombreuses espèces. Ce chapitre décrit leurs mécanismes d’apparition ainsi que leurs conséquences fonctionnelles et évolutives.

Le polymorphisme de structure constitue la variation de composition et d’organisation du matériel génétique entre individus; elle a pour substrat des séquences > 1kb avec plus de 90% d’homologie (Duplications Segmentaires) responsables de nombreuses inversions, insertions, et délétions. Leur taux de mutation élevé est responsable de l’effet dose de certains gènes et variations phénotypiques associées (ex. fertilité, olfaction, etc.). Nous discutons ici de leur potentiel dans l’adaptation des organismes.

Les éléments transposables sont des séquences d’ADN ubiquitaires capables de se déplacer dans le génome des organismes. Ils représentent une source majeure de variation génétique. Ce chapitre présente la classification des éléments transposable eucaryotes, leur mode de régulation permettant de limiter leur mobilité, ainsi que leur impact sur la biologie du génome, l'évolution des espèces et le développement de pathologies.

Dans ce chapitre, nous donnons un aperçu de la diversité évolutive des organisations centromériques, Nous nous concentrons spécifiquement sur l'organisation centromérique qui reste peu étudiée, y compris la diversité des centromères fongiques ainsi que l'évolution des holocentromères chez plusieurs animaux et plantes.

Les télomères sont des structures très dynamiques mais en même temps extrêmement bien conservées, essentielles pour la protection des extrémités chromosomiques. La longueur étant un paramètre essentiel de leur fonction de protection, le raccourcissement télomérique lié à l’âge ou au dysfonctionnement des mécanismes de maintenance (réplication, activité télomérase) ont un impact direct sur l’aptitude des cellules et organismes à survivre. Ce chapitre aborde plusieurs aspects fondamentaux de la biologie des télomères, notamment chez l’homme.

Les G-quadruplex (G4), structures secondaires pouvant être adoptées par les acides nucléiques, jouent des rôles biologiques dans de nombreux processus cellulaires : maintenance des télomères, réplication cellulaire, réarrangements génomiques, réponse aux dommages de l’ADN, régulation transcriptionnelle. Par ailleurs, dans le génome humain, il existe une forte présence de séquences potentiellement capables de former des G4. Ces observations mènent à la question de comment ces séquences se forment in vivo, sont maintenues dans les génomes et comment elles évoluent.

Les séquences d'ADN répétées en tandem, microsatellites et minisatellites, sont une composante importante de l'instabilité des génomes eucaryotes. Utilisés dans des applications pratiques telles que tests de paternité ou médecine légale, ils sont aussi à l'origine de nombreuses maladies neurologiques ou développementales chez l'homme. Les mécanismes moléculaires à l'origine de leur instabilité au cours du temps, ainsi que les différents modèles évolutifs sont décrits.

Un système CRISPR-Cas est un système immunitaire adaptatif présent chez les bactéries et archées qui cible et détruit spécifiquement le matériel génétique des agents invasifs, tels que les virus. Ce chapitre explore la diversité, l’évolution et le fonctionnement de ce type de systèmes. Il aborde également leurs impacts sur l’évolution conjointe des microbes et de leurs parasites, ainsi que leur importance dans la nature.