Transposase

Définition

En génétique, une transposase est une enzyme codée par un élément transposable et permettant sa transposition. Elle se lie à la fin d'un transposon et catalyse le mouvement du transposon vers une autre partie du génome par un mécanisme de copier-coller ou un mécanisme de transposition réplicative. Les transposases sont classées sous le numéro CE : EC 2.7.7.

✅ Les gènes codant pour les transposases sont répandus dans les génomes de la plupart des organismes et constituent les gènes les plus abondants connus.

La transposase de la bactérie Escherichia coli :

La molécule de transposase Tn5 de la bactérie E. coli contient un dimère + 2 fragments d'ADN + 2 Mg (orange) + 2 Mn (rose).

Explications

Le mot "transposase" a été inventé pour la première fois par des individus ayant cloné l'enzyme requise pour la transposition du transposon Tn3. L'existence de transposons a été postulée en 1940 par Barbara McClintock, qui a étudié l'héritage du maïs, mais la base moléculaire réelle de la transposition a été décrite par des groupes d'inversion postérieure. McClintock a découvert que les morceaux de chromosomes changeaient leur position, sautant d'un chromosome à l'autre. Le repositionnement de ces transposons (qui codaient pour la couleur) a laissé d'autres gènes pigmentaires à exprimer. La transposition dans le maïs a provoqué des changements de couleur. Néanmoins, chez d'autres organismes, tels que les bactéries, il peut provoquer une résistance aux antibiotiques. La transposition est également importante pour créer une diversité génétique au sein des espèces et une adaptabilité aux conditions de vie changeantes. Au cours de l'évolution humaine, jusqu'à 40 % du génome humain a été déplacé entre différents endroits du génome à l'aide de méthodes telles que la transposition de transposons.

Transposase Tn5

La transposase Tn5 est un membre de la protéine RNase qui comprend les intégrases rétrovirales. Tn5 peut être trouvé dans les bactéries Shewanella et Escherichia. Le transposon code pour la résistance aux antibiotiques de la kanamycine et d'un autre aminoside (antibiotiques).

La TN5 et les autres transposases sont notamment inactives. L'ADN de transposition étant intrinsèquement mutagène, la faible activité des transposases est nécessaire pour réduire le risque de provoquer une mutation fatale chez l'hôte et d'éliminer les éléments transposables. L'une des raisons pour lesquelles Tn5 n'est pas aussi réactif est que les extrémités N et C sont relativement proches l'une de l'autre et ont tendance à se inhiber. Cela a été clarifié par la caractérisation de plusieurs mutations qui ont conduit à des formes hyperactives de transposases. L372P est une mutation de l'acide aminé 372 de la transposase Tn5. Cet acide aminé est généralement un résidu de leucine au milieu d'une hélice alpha. Lorsque cette leucine est remplacée par un résidu de proline, l'hélice alpha est cassée, introduisant un changement de conformation dans le domaine C-terminal, en le séparant du domaine N-terminal, suffisant pour favoriser une plus grande activité protéique. La transposition d'un transposon ne nécessite souvent que trois éléments : le transposon, l'enzyme transposase et l'ADN cible pour l'insertion des transposons. C'est le cas de Tn5, qui utilise un mécanisme de copier/coller pour déplacer les transposons. Tn5 et plusieurs autres transposases contiennent un DDE, qui est le site actif qui catalyse le mouvement des transposons. Le site actif est constitué d'aspartate-97, de 188-aspartate et de glutamate-326. Il s'agit d'une triade de déchets acides. On dit que le motif DDE coordonne les ions métalliques divalents, le plus souvent le magnésium et le manganèse, qui sont importants dans la réaction catalytique. La transposase étant incroyablement inactive, la région DDE est mutée, ce qui la rend trop active et catalyse le mouvement des transposons. Le glutamate est transformé en aspartate et les deux aspartates en glutamates. Grâce à cette mutation, l'étude de Tn5 devient possible, mais certaines étapes du processus catalytique sont perdues.

Il existe de nombreux mouvements de transposon catalytiques pas à pas, y compris l'attachement de Tnp, la synapsis (la création d'un synaptique complexe), le clivage, la capture de cible et le transfert de brin. Ensuite, le brin d'ADN se lie, en créant une pince sur le transposon terminal de l'ADN et avec une insertion dans le site actif. Une fois que la transposase se lie au transposon, elle produit un synaptique complexe dans lequel deux transposases sont liées dans une relation cis/trans avec le transposon.

Les ions magnésium activent l'oxygène des molécules d'eau et les exposent aux attaques nucléophiles. Cela laisse les molécules d'eau nicker les brins 3 'aux deux extrémités et créer une formation en épingle à cheveux, qui sépare le transposon de l'ADN du donneur. Ensuite, la transposase déplace le transposon vers un emplacement approprié. On en sait peu sur la capture de la cible, bien qu'il existe une séquence prédisposante qui n'a pas encore été déterminée. Après la capture de la cible, la transposase attaque l'ADN cible par neuf paires de bases distinctes, ce qui a pour résultat l'intégration du transposon à l'ADN cible.

En raison des mutations DDE, certaines étapes du processus sont perdues, par exemple lorsque cette expérience est effectuée in vitro et que le traitement thermique au SDS dénature la transposase. Même dans ce cas, on ignore encore ce qu'il advient de la transposase en direct.

L'étude de la transposase Tn5 revêt une importance générale en raison de ses similitudes avec le VIH-1 et d'autres maladies rétrovirales. En étudiant Tn5, on peut également en apprendre beaucoup sur les autres transposases et leurs activités.

Transposase SB

La transposase SB Sleeping Beauty est la recombinase qui guide le système de transposon Beauty of Sleeping. La transposase SB appartient à la famille des transposases DD [E/D], qui appartiennent à une grande superfamille de polynucléotidyltransférases comprenant la RNase H, la résolvase de RuvC Holliday, les protéines RAG et les intégrases rétrovirales.

✅ Le système SB est principalement utilisé chez les animaux vertébrés pour le transfert de gènes, y compris la thérapie génique, et la découverte de gènes. Le SB100X récemment mis au point est une enzyme particulièrement puissante qui entraîne les plus hauts niveaux d'intégration de transposons jamais développés.

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