Le doctorant Gil Loewenthal sous la direction du Prof. Tal Pupko de l’Ecole de biomédecine et de recherche sur le cancer de la Faculté des sciences de la vie de l’Université de Tel-Aviv, a développé un nouveau modèle expliquant pourquoi les séquences d’ADN neutres, ou ADN non codant, parfois appelées « ADN poubelle », ne sont pas éliminées du génome d’origine des créatures vivantes et continuent d'exister dans la nature même des millions d’années plus tard. Le modèle contribue à la compréhension de l’énorme diversité des tailles de l’ADN observée dans la nature.
L’étude, réalisée en collaboration avec le Prof. Itay Mayrose de la Faculté des sciences de la vie, a été publiée dans la revue Open Biology.
Contrairement au « courrier indésirable » qui est immédiatement supprimé de notre boîte de messagerie, « l'ADN indésirable » continue d'exister chez les créatures vivantes dans la nature comme les bactéries, les insectes et même les humains, aux côtés du génome d'origine qui poursuit donc son développement tout au long de l’évolution. Pourquoi cet « ADN indésirable » n'est-il pas supprimé du génome d'origine au cours de millions d'années d'évolution ? Selon les chercheurs, l'explication réside dans le fait que « l’ADN poubelle » se cache souvent dans des zones fonctionnelles où il côtoie l'ADN « utile », et où sa suppression pourrait endommager celui-ci. Le phénomène décrit par le nouveau modèle a été appelé par l'équipe « la sélection induite par les frontières ».
Ne pas appuyer sur la touche de suppression
La taille du génome des êtres vivants dans la nature change au cours de l'évolution, expliquent les chercheurs. Par exemple, certaines espèces de salamandres ont un génome dix fois plus grand que le génome humain. « Le phénomène d'insertion/ délétion dans une séquence d’ADN, désigné par l’abréviation « indels », est généralement mesuré par l’examen des pseudogènes, ou gènes ayant perdu leur fonction, qui contiennent des mutations fréquentes, dont ces délétions et ajouts de segments d'ADN », explique le Prof. Pupko. « Dans des études précédentes sur ces indels, il a été constaté que, chez une variété de créatures, dont les bactéries, les insectes et même les humains, le taux de délétion est supérieur au taux d'insertion. La question à laquelle nous avons essayé de répondre est de savoir pourquoi, lorsque la probabilité d'événements de suppression d'ADN est nettement supérieure à celle des insertions, les génomes ne sont pas supprimés ».
« Nous avons apporté un éclairage différent à la dynamique de l'évolution au niveau de l'ADN », explique Gil Loewenthal. « Lorsque l’on mesure le rythme des indels, on trouve davantage de délétions d’ADN que d’ajouts, mais ces mesures sont effectuées dans des pseudogènes qui sont des séquences biologiques relativement longues. Selon nous, dans les segments neutres plus courts, ces délétions sont susceptibles d’effacer également des segments codants adjacents essentiels au fonctionnement de l'organisme, et sont donc rejetées par l’évolution. Nous appelons ce phénomène la « sélection induite par les frontières ».
« Donc, lorsque le segment est court, la tendance s’inverse (plus d’insertions que de suppressions), ce qui explique que le segment neutre n’est alors généralement pas supprimé. Dans notre étude, nous avons simulé la dynamique des indels, en prenant en compte cet effet de « sélection induite par les frontières », et nous avons comparé les résultats à la distribution des longueurs de segments d’ADN appelés introns (portions non-codantes des gènes des protéines). Nous avons obtenu une bonne adéquation entre les résultats des simulations et la distribution des longueurs des introns observée dans la nature, ce qui nous a permis d’expliquer toutes sortes de phénomènes intéressants, comme la grande diversité de leur longueur et la forme complexe de cette distribution qui n’est pas celle d’une courbe en cloche standard ».
Photos:
1. Le Prof. Tal Pupko
2. Gil Loewenthal
