Mise en évidence de processus de duplications en bloc dans le génome des vertébrés Demonstration of vertebrate genome bloc duplications

L’hypothèse selon laquelle le génome des vertébrés aurait évolué via plusieurs tours de polyploïdisations a déjà plus de trente ans [1]. Le génome des actuels vertébrés à mâchoires aurait dû conserver la trace de ces phénomènes sous la forme d’un réseau de régions paralogues (voir glossaire p. 1054 et 1153) au sein desquelles toutes les paires de gènes dupliqués auraient subi cet événement simultanément. L’analyse de la carte du génome humain [2] a permis d’identifier différentes régions de paralogie de ce type parmi lesquelles celle qui contient les gènes codant pour les éléments du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) [3] pour lequel le processus de duplication s’est vraisemblablement produit il y a au moins 420 millions d’années [4]. Des gènes ancres à évolution plus lente ont été mis en évidence à proximité des gènes humains du CMH [4]. Afin de savoir si le génome de notre ancêtre a subi des duplications en bloc, nous avons choisi [5]: (1) d’analyser en détail les gènes dupliqués présents dans la série de paralogie du CMH (analyses phylogénétiques et cartes), (2) de vérifier l’hypothèse selon laquelle la duplication en bloc serait survenue après la radiation des vertébrés et (3) de cloner les gènes équivalents chez l’amphioxus (ou lancelet), choisi comme animal modèle en raison de sa position au sein de l’arbre évolutif des métazoaires (Figure 1). Parmi les 18 gènes ancres définis comme tels par une recherche dans les bases de données de nouveaux gènes paralogues et de leurs relations phylogénétiques, onze ont été sélectionnés pour cette étude. Un cosmide (voir glossaire) cloné a ensuite été entièrement séquencé et analysé pour chaque gène ancre afin d’étudier le contenu et les relations phylogénétiques des gènes de l’amphioxus et de leurs correspondants humains (Figure 2). Les gènes avoisinant chaque gène ancre sur les cosmides correspondants ont alors été prédits par analyse bio-informatique. Un total de 41 gènes sont présents sur l’ensemble des cosmides séquencés (incluant les gènes ancres et les gènes avoisinants) (400 kilobases). Ces 41 gènes sont alors utilisés pour rechercher des séquences semblables dans les bases de données. Des similitudes significatives sont observées pour 34 gènes (7 gènes ne montrent pas de similitudes significatives avec les séquences présentes dans les bases de données), parmi lesquels 33 incluent des séquences humaines. L’analyse des jeux de données permet l’attribution du critère d’orthologie à 31 gènes de l’amphioxus parmi lesquels 9 sont des gènes ancres et 22 des gènes qui leur sont adjacents. L’analyse des relations phylogénétiques des gènes ancres de l’amphioxus permet de conclure que les duplications ayant engendré les différentes familles de gènes ancres chez les vertébrés se sont produites entre 766-420 millions d’années (pour la diversification des vertébrés osseux) et probablement entre 766-528 millions d’années (pour la séparation des vertébrés à mâchoires). L’analyse de la signification statistique de la distribution des gènes humains orthologues des gènes de l’amphioxus a été réalisée dans quatre régions de paralogie du CMH humain, sur les chromosomes 1, 6, 9 et 19 (Figure 2). Vingt-deux gènes de l’amphioxus situés au voisinage des gènes ancres clonés ont au moins un orthologue humain pour un total de 42 orthologues humains parmi lesquels seize sont localisés dans une région de paralogie du CMH. La distribution des gènes humains orthologues des gènes voisins des gènes ancres de l’amphioxus est statistiquement différente d’une distribution au hasard pour ces quatre régions ce qui indique l’existence d’un lien évolutif entre les régions génomiques de l’amphioxus et les quatre régions génomiques humaines. Le modèle le plus probable permettant d’expliquer le lien entre les régions génomiques de l’amphioxus et les régions de paralogie dans le …