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Pour une version simplifiée voir Scénario 22 plus simple
En 2001, les revues Nature et Science publiaient une première analyse de la séquence 'brouillon' du génome humain, soit plus de 3 milliards de nucléotides.
En 2011, les séquences de plus de 5000 génomes de diverses espèces sont maintenant disponibles et accessibles sur internet.
Exemples:
Les protéomes
En 2008, la banque de données UniProtKB proposait un premier set complet de toutes les protéines codées par le génome humain (protéome), soit plus de 20'200 protéines.
En 2011, plus de 2500 protéomes de diverses espèces sont maintenant disponibles et accessibles sur internet.
Exemples:
Dans l'histoire de la vie, nous sommes restés étroitement liés avec les bactéries et les virus. Ainsi, les virus et les bactéries nous transmettent de temps à autre quelques-uns de leurs gènes. Et vice-versa... c'est ce que l'on appelle le 'transfert horizontal' de l'information génétique ('horizontal/lateral gene transfert').
L'analyse du génome humain a révélé, entre autres, que 8 à 10 % de la séquence du génome est d'origine virale ! ...alors que seulement ~1.5 % de la séquence du génome 'code' pour des protéines !
Les séquences d'ADN virales sont des vestiges de l'infection, datant de plusieurs millions d'années, des cellules germinales de nos ancêtres primates par des virus appelés 'rétrovirus'. La plupart de ces séquences sont inactives: elles ont subi des modifications les rendant incapables de coder pour la moindre protéine.
Localiser les séquences d'origine virale dans le génome humain
Mapviewer est un outil permettant de localiser un gène dans le génome humain en recherchant le nom du gène en question.
Les vestiges des génomes des rétrovirus endogènes peuvent contenir 3 gènes viraux typiques:
Vous pouvez chercher directement ces différents 'gènes' (devenus inactifs pour la plupart) dans le génome humain à l'aide de Mapviewer.
Dans Mapviewer: Introduire le nom du gène que vous souhaitez localiser dans le génome humain (env, pol, ou gag...) Choisir assembly: reference ...
Résultats:
Rétrovirus endogènes produisant des protéines
Certaines séquences de rétrovirus endogènes sont 'actives' et produisent des protéines 'fonctionnelles' (Exemple les rétrovirus HERV)
Liste des protéines humaines connues produites à partir des séquences des rétrovirus endogènes 'HERV' dans UniProtKB.
Parmi les protéines humaines produites par des séquences virales intégrées dans le génome humain, on trouve les syncytines (syncytin). Ces protéines ont des propriétés fusiogènes (vestiges des gènes 'env') et joueraient un rôle dans la formation du placenta. Elles auraient également des propriétés immunosuppressives, essentielles pour une interface mère-enfant
(Dossier La Recherche XI 010).
Localiser le gène de la syncytine dans le génome humain
Localiser le gène de la syncytine (appelé ERVWE1) sur le génome humain à l'aide de Mapviewer
* Résultat: Le gène codant pour la syncytine (ERVWE1) se trouve sur le chromosome 7
Trouver les protéines similaires à la syncytine humaine chez d'autres espèces
Pour trouver des protéines similaires à une protéine donnée, il faut utiliser un outil appelé BLAST (Basic Local Alignment Search Tool). BLAST permet de comparer la séquence d'une protéine avec des millions d'autres séquences contenues dans une banque de données et de retrouver celles qui lui ressemblent le plus, en quelques secondes.
A partir de l'entrée UniProtKB correspondant à la syncytine humaine:
Syncytin humaine
Chez quelles espèces retrouve-t-on une protéine similaire à la syncytine humaine ?
Le rétrovirus à l'origine des syncytines aurait été 'capturé' par un ancêtre primate, il y a 45 à 70 millions d'années. La syncytine n'est retrouvée que chez les descendants de ces primates (les simiens).
Quel est le nom des protéines virales les plus similaries à la syncytine humaine ?
L'ancêtre du gène de la syncytine est le gène viral 'env'. Les syncytines ont 'récupéré' les propriétés fusiogènes des gènes viraux 'env'.
Comparer les séquences des protéines similaires à la syncytine humaine
Exemples:
L'homme a bénéficié de l'intégration de quelques gènes d'origine virale, mais l'inverse s'est produit aussi !
Trouver les protéines humaines similaires à une protéine du virus Epstein Barr
Quel est le nom de la protéine humaine similaire à la protéine du virus ?
Quelle est sa fonction ?
Chez quelles autres espèces retrouve-t-on cette protéine ?
L'interleukine-10 est une protéine qui réduit la réponse immunitaire. Les virus (Ebstein Barr, Herpes virus...) infectent les lymphocytes humains. Pour pouvoir pénétrer dans la cellule, comme tous les virus, ils doit pouvoir échapper au système immunitaire. Leur solution a été de 'piquer' le gène de l'interleukine-10 humaine. En obligeant les cellules qu'ils infectent à produire de l'IL-10 en plus grande quantité, ils diminuent la réaction immunitaire de leur hôte !
Comparer les différentes séquences de l'interleukine-10 (IL-10)
Comparer (aligner) les séquence de l'IL-10 de l'homme et de la souris
Comparer (aligner) les séquence de l'IL-10 de l'homme et du virus Epstein Barr
Pour en savoir plus sur ces virus:
Lymphocryptovirus (Epstein-Barr, Herpes virus)
Mastadenovirus (Adenovirus)
'Selon la théorie endosymbiotique, (...) une cellule eucaryote primitive (ou une Archaea) aurait intégré un endosymbionte procaryote il y a environ 1,5 à 2 milliards d’années. Les études phylogénétiques indiquent que le plus proche parent de la mitochondrie connu actuellement est Rickettsia prowazekii, une alpha proteobactérie parasite intracellulaire obligatoire (une cyanobactérie serait à l'origine du chloroplaste). Au cours de l’évolution, la majorité des gènes de l’endosymbionte originel auraient été perdus ou bien transférés vers le noyau de la cellule eucaryote hôte.' (Wikipedia).
Exemple:
Quelle est la localisation subcellulaire de ces protéines ?
Combien de ces protéines ne sont pas localisées dans la mitochondrie ?
Il est intéressant de souligner que l'étude de ces transferts horizontaux n'est pas simple: au moment du séquençage des génomes des eukaroytes, les séquences d'origine bactériennes sont souvent considérées comme des contaminations et éliminées d'office!
Origine endosymbiotique des mitochondries et des chloroplastes
En construisant un arbre phylogénétique en partant d'une protéine 'universelle' impliquée dans la synthèse des protéines (exemple: un facteur d’élongation appelé EFTU ou EF1A selon les espèces), on voit apparaître la séparation entre les eucaroytes, les archae et les bactéries (Arbre phylogénétique) On remarque aussi et surtout que cette protéine, lorsqu'elle est d'origine chloroplastique ou mitochondriale se retrouve dans l''embranchement' des protéines bactériennes: sa séquence en acides aminés est plus similaire à celle des protéines bactériennes qu'à celle des protéines eucaryotiques.
Une histoire d'endosymbiose entre 2 eukaryotes
Elysia chlorotica est un mollusque qui se nourrit d'algues....et qui a intégré les chloroplastes de ces algues nourricières, dans les cellules de son tractus digestif. Il manque cependant un certain nombre de gènes aux chloroplastes pour que la photosynthèse puisse avoir lieu: ces gènes se trouvent dans le génome nucléaire des algues. Et bien, le mollusque a également 'volé' et intégré dans son génome nucléaire ces gènes essentiels (dont le gène psbO). Ce mollusque peut ainsi utiliser l'énergie solaire ! (New scientist, PNAS)
Comparer (aligner) ces 2 protéines