UMR CNRS 5558 Laboratoire de Biométrie et Biologie Évolutive

Il est maintenant bien admis que le génome des êtres vivants est constitué d’une proportion importante de séquences moyennement répétées qui peuvent se déplacer le long des chromosomes. Ces séquences, appelées éléments transposables (ET), ont sérieusement bouleversé nos conceptions quant à la stabilité des génomes. Chez la drosophile, les ET constituent environ 15% du génome (le nombre de familles différentes est estimé à au moins 80) et seraient responsables de 50 à 85% des mutations spontanées observées. Chez l’homme, ils représentent plus de 45% du génome mais seraient responsables de seulement 1-2% des mutations. On admet ainsi que ces éléments ont eu, et ont encore une influence importante dans la création de la variabilité nécessaire à l’adaptation des populations et à l’évolution des espèces. La différence du nombre de mutations dues à ces éléments entre l’homme et la drosophile montre clairement la mise en place de mécanismes s’opposant à leur pouvoir envahissant et mutagène. Comment les génomes et les populations régulent l’activité de tels éléments est alors l’une des questions les plus fondamentales de la génétique des populations et de la génomique fonctionnelle. Notre recherche s’inscrit dans l’étude de l’impact des ET dans l’évolution des génomes et des populations. Deux axes de recherche étroitement liés sont développés : un premier axe concerne la capacité invasive des éléments (structure et activité) et leurs interactions avec le génome hôte, un deuxième axe concerne le contrôle de ces éléments par les génomes hôtes, avec les aspects épigénétiques qui leur sont étroitement liés. Les deux axes de recherche sont développés avec des approches de bioinformatique et de biologie moléculaire.

• Thèmes de recherche
  • + - Invasion des génomes par les ET : rétrovirus endogènes et éléments de type LINE

    Les ET sont présents dans tous les génomes où on les a cherchés, en quantité plus ou moins importante. On peut s’attendre à ce que des espèces proches aient la même charge en ET, ce qui correspondrait à un processus évolutif commun. Nous avons analysé deux espèces proches de drosophiles : D. melanogaster (l’espèce modèle des généticiens) et D. simulans. Nous avons déterminé le nombre de copies de 34 ET pour un grand ensemble de populations naturelles de D. melanogaster et D. simulans. Les résultats montrent que D. simulans a systématiquement moins de copies que D. melanogaster pour la plupart des ET, ce qui dénote une différence importante entre les espèces. Mais ce qui a été le plus surprenant c’est la grande variabilité du nombre de copies d’éléments parmi l’ensemble des populations analysées de D. simulans. Lors de cette analyse globale, nous avons identifié un élément très particulier appelé tirant. La forme active de cet élément n’est présente que dans les populations africaines de D. simulans (qui correspondent au berceau de l’espèce). Toutes les autres populations ne présentent des copies que dans un contexte inactif. Comment peut-on expliquer une telle distribution ? L’élément tirant est-il en train d’envahir les populations africaines, ou au contraire, s’agit-il d’un reliquat d’activité ? Cet élément est d’autant plus intéressant qu’il s’agit d’un rétrovirus potentiel car il possède un gène « enveloppe » potentiellement fonctionnel. Nous avons mené des analyses fonctionnelles qui montrent une activité de l’élément dans les populations Africaines, mais ne démontrent pas sa capacité invasive. Nous envisageons alors de rechercher une activité rétrovirale, ce qui est une étape fondamentale pour l’invasion rapide d’un génome. Ce projet est coordonné par M. Fablet. Un autre type de scénario est celui présenté par un élément de type LINE. Cette fois, l’élément étudié, helena, est presque absent du génome de l’espèce D. melanogaster (sauf dans deux populations parmi une vingtaine) et est présent en une dizaine de copies dans l’espèce D. simulans. Ceci est une exception pour le génome de D. melanogaster, qui semblait jusqu’à présent être envahi par tout type d’éléments. A-t-on affaire à une nouvelle vague d’invasion du génome de la Drosophile ? Est-ce que helena est en train d’être régulé dans le génome de D. simulans ? Nous avons conclu à une perte progressive de l’élément chez D. simulans (Rebollo et al. 2008). L’analyse de la dynamique d’helena se poursuit dans d’autres espèces de drosophiles, travail qui est actuellement réalisé par A. Granzotto en co-tutelle avec C. Carareto (Brésil).

  • + - Régulation épigénétique d’ET dans les populations naturelles de drosophile

    Comment identifier de la variabilité au niveau du contrôle épigénétique des ET ? Quel système nous permet d’observer une différence dans le phénotype « charge en éléments transposables » ? Nous avons la chance d’avoir un système idéal : la drosophile. D’une part, le génome de D. melanogaster est entièrement séquencé et bien annoté, ce qui se rajoute à l’ensemble des connaissances acquises au cours de décennies en génétique de la drosophile. D’autre part, le travail réalisé depuis 10 ans a pu montrer une variabilité entre populations dans la charge en ET chez D. simulans. Par exemple, nous disposons de populations naturelles qui ne possèdent des copies d’ET que dans un contexte chromatinien fermé, donc théoriquement non transcrits, et d’autres qui vont avoir des copies du même élément situées dans un contexte chromatinien ouvert et accessible à la transcription. Est-ce que l’on peut identifier une variabilité du contrôle épigénétique dépendant de l’élément et de la population ? Peut-on associer l’épigénétique aux vagues d’invasions par des éléments transposables observées dans les génomes ? Est-ce que l’on a une compartimentalisation du génome orchestrée par les séquences répétées, l’épigenèse et les paramètres populationnels ?

    

    in situ

  • + - Interaction ET – génome hôte

    Les ET ont un impact important sur le génome hôte, ce qui rend fondamental la compréhension des interactions entre les deux partenaires. En effet, une des premières hypothèse de B. McClintock dans les années 50 a été de considérer les ET comme des éléments de régulation des gènes. La Drosophile est un excellent modèle pour l’étude de cette question puisque nous avons 12 espèces séquencées qui peuvent être analysées par bioinformatique, pour la recherche des interactions entre ET et gènes. Cette analyse peut ensuite être poursuivie et complétée par une analyse fonctionnelle en biologie moléculaire. Chez l’homme, nous avons montré que certaines insertions d’ET sont associées à différents niveaux d’expression des gènes, en fonction du type de tissu analysé (tumoral versus normal). Des travaux préliminaires montrent que les gènes dont l’expression est affectée par l’insertion d’ET ont des fonctions différentes de ceux qui ne sont pas affectés par ces insertions. L’identification des insertions d’ET importantes sera ensuite analysée chez des espèces proches, avec comme objectif de déterminer les degrés de conservation des associations. Ce projet est coordonné par E. Lerat

  • + - ET et espèces invasives

    Les maladies émergentes, comme le Chikungunia ou la Dingue, sont parmi les maladies les plus dangereuses au monde. Ces maladies sont dues à des arbovirus transmis par des moustiques du genre Aedes, et en particulier Aedes albopictus. Ce moustique est originaire d’Asie, et a une importante capacité invasive, puisqu’on le trouve maintenant en Afrique, Amérique et même en France et en Italie. Très peu d’études ont été faites sur cette espèce et nous sommes actuellement en train de déterminer la taille du génome de différentes populations et d’établir le lien éventuel avec la charge en ET.

• Offres de stage
  • + - Sujet M2 (2011-2012) : Influence des éléments transposables et des interactions épigénétiques dans la régulation de l’expression génétique au cours du développement de la Drosophile

    Les éléments transposables (ET) sont en partie controlés par des processus épigénétiques : méthylation de l’ADN, modifications des histones, interférence ARN, qui tous interfèrent avec des modifications de la chromatine. Les ET montrent ainsi différents profils d’expression dans les génomes maternel et paternel, ce qui laisse penser qu’ils ont une influence importante dans les interactions entre ces deux lots chromosomiques au cours du développement. Il a ainsi été proposé que les deux lots chromosomiques parentaux contribuent d’une manière différente aux interactions (facteurs d’activation-répression de gènes) nécessaires à la fertilité, et il a été montré qu’un ET, Athila, intervient dans ce processus. L’empreinte génétique, l’inactivation de l’expression des gènes, et l’impact sur le développement de l’expression des gènes sous contrôle des ET, apparaissent alors comme liés, sous la dépendance de processus épigénétiques. Les interactions entre chromosomes parentaux pourraient contribuer à la perte de fitness due à l’inbreeding chez Arabidopsis, à la perturbation de la meïose chez les spermatocystes de souris, à la vigeur hybride. On propose de rechercher les interactions ET-développement en utilisant les croisements consanguins frère-soeur, mère-fils et père-fille, qui ont des effets différents sur les mortalités embryonnaire et larvo-pupale chez la drosophile. Malgré le fait que ces croisements conduisent théoriquement au même degré de consanguinité, ils impliquent des interactions différentes entre les lots chromosomiques parentaux. La drosophile sera utilisée comme modèle d’étude car la méthylation de l’ADN a été détectée chez les jeunes embryons et cette méthylation diffère selon les stades de développement.

    Contact : Cristina Vieira (cristina.vieira@univ-lyon1.fr)

    

  • + - Proposition stage M2 (2011-2012) Intégration du rétrovirus endogène tirant dans la lignée germinal de la drosophile. Analyse de populations naturelles.

    Lors d’une infection par un rétrovirus, lorsque les cellules infectées appartiennent à la lignée germinale de l’hôte, les séquences rétrovirales peuvent être intégrées de façon stable dans le génome, et être alors transmises de génération en génération, comme un gène cellulaire. Ces séquences sont appelées rétrovirus endogènes, par opposition aux rétrovirus exogènes, qui se transmettent par infection d’un individu à l’autre. Ainsi, 8% de notre ADN correspond à des séquences de rétrovirus endogènes, vestiges d’anciennes infections virales, aujourd’hui totalement intégrés à notre génome. La plupart de ces séquences sont totalement inactives, tandis que certaines ont été domestiquées par notre génome et sont aujourd’hui de véritables gènes indispensables au bon fonctionnement de notre organisme. Ce phénomène d’endogénisation de rétrovirus peut ainsi avoir des conséquences importantes sur le fonctionnement et l’évolution du génome hôte. La manière dont les rétrovirus s’intègrent initialement dans la lignée germinale est peu connue, et la rareté de ce phénomène reflète l’existence d’une barrière à l’infection. Dans le but de comprendre les mécanismes à l’origine de l’endogénisation de ces séquences, notre équipe travaille sur tirant, un rétrovirus endogène de drosophile, qui a la particularité de n’être actif que dans quelques populations naturelles africaines de Drosophila simulans.

    Hybridation in ARN du rétrovirus endogène tirant sur des ovaires de drosophile (Photo A. Akkouche).

    Dans ce cadre, l’objectif du travail de recherche sera de décrire la localisation des protéines structurales de tirant par des techniques d’imagerie cellulaire. Cette description permettra d’analyser l’assemblage des particules virales de tirant. Cette recherche se fera sur des populations naturelles qui présentent différents stades d’infection du rétrovirus, avec des lignées saines et des lignées infectées. Il s’agit d’un travail de biologie moléculaire pour lequel l’étudiant réalisera des constructions avec protéine fusion (GFP, YFP), qu’il étudiera par expression transitoire en culture cellulaire et également par transgénèse, en colocalisation avec des marqueurs cellulaires.

    Contact : M. Fablet (fablet@biomserv.univ-lyon1.fr) ou C. Vieira (vieira@biomserv.univ-lyon1.fr) LBBE UMR 5558, Equipe Eléments transposables, évolution, populations

• Contrats de recherche
  • + - en cours

    2011-2012 Programme CNRS – FAPESP (Brésil) (C. Vieira)

    2009-2013 – Programme ANR Blanc GeneMobile – Régulation des éléments transposables dans les populations naturelles

    2009-2011 - Programme ANR 6ème extinction - ADAPTANTHROP - Adaptation des Insectes aux anthroposystèmes

    2008 – Projet CIBLE 2008 – Région Rhône Alpes - Epigénétique de populations – étude préliminaires de la régulation des ET par les rasiRNA. Allocation de Recherche (3 ans)

  • + - Términés

    2002-2005 Projet Anophèle, CNRS/PAL+ (C. Biémont)

    2004-2006 Programme IMPBIO (C. Biémont)

    2005-2006 PAI Picasso (France-Espagne) (C. Biémont)

    2005-2008 ANR « Genomicro » (E. Lerat)

    2008 Programme Maladies émergentes CNRS (C. Biémont)

    2008-2009 Programme CNRS – FAPESP (Brésil) (C. Vieira)

    2008 – Projet FINOVI – RTRA - Endogenization of Drosophila retroviruses : a cellular and populational approach (C. Vieira)

    2007 – Projet MIRA – Aide à la mobilité de Région Rhône-Alpes pour le programme de thèse en cotutelle avec le Brésil. (C. Vieira)

    2007-2010 - ANR Genanimal « Genostem »

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