Paralogie

Définition

La paralogie est l'étude des gènes paralogues, en opposition aux gènes orthologues. Les gènes paralogues sont liés par des événements de duplication dans le dernier ancêtre, commun de l'espèce comparée. Ils résultent de la mutation de gènes dupliqués lors d'événements de spéciation distincts. Lorsque les descendants du dernier ancêtre commun partagent des homologues mutés des gènes dupliqués d'origine, ces gènes sont alors considérés comme des paralogues.

Les gènes paralogues Hox en paralogie. :

Les gènes de vertébrés Hox sont organisés en ensembles de paralogues. Chaque cluster Hox (HoxA, HoxB, etc.) se trouve sur un chromosome différent. Par exemple, le groupe humain HoxA se trouve sur le chromosome 7. Le groupe HoxA de souris présenté ici contient 11 gènes paralogues (il en manque 2).

Explications par l'exemple

Par exemple, chez le dernier ancêtre commun, un gène (gène A) peut être dupliqué pour former un gène similaire séparé (gène B), ces deux gènes continueront à être transmis aux générations suivantes. Au cours de la spéciation, un environnement favorisera une mutation du gène A (gène A1), produisant une nouvelle espèce avec les gènes A1 et B. Ensuite, dans un événement de spéciation séparé, un environnement favorisera une mutation du gène B (gène B1) donnant lieu à une nouvelle espèce avec les gènes A et B1. Les gènes A1 et B1 des descendants sont paralogues l'un à l'autre car ce sont des homologues liés par un événement de duplication dans le dernier ancêtre commun des deux espèces.

Les classifications supplémentaires des paralogues comprennent les alloparalogues (hors-analogues) et les symparalogues (en-analogues analogues). Les alloparalogues sont des paralogues issus de duplications de gènes ayant précédé l'événement de spéciation donné. Ou plus simplement, les alloparalogues sont des paralogues qui ont évolué à partir d'événements de duplication survenus dans l'ACV des organismes comparés. L'exemple ci-dessus est un exemple d'alloparalogie. Les symparalogues sont des paralogues issus de la duplication génique de gènes paralogues lors d'événements de spéciation ultérieurs. D'après l'exemple ci-dessus, si le descendant des gènes A1 et B subissait un autre événement de spéciation dans lequel le gène A1 était dupliqué, la nouvelle espèce aurait les gènes B, A1a et A1b. Dans cet exemple, les gènes A1a et A1b sont des symparalogues.

⭐ Dans l'homologie de séquence (séquences homologues), voir aussi l'orthologie, l'ohnologie, la xénologie, l'homologie (homéologie), la gamétologie.

Les gènes paralogues peuvent façonner la structure de génomes entiers et ainsi expliquer dans une large mesure l'évolution du génome. Les exemples incluent les gènes homéobox (Hox) chez les animaux. Ces gènes ont non seulement subi des duplications géniques au sein de chromosomes, mais également des duplications de génomes entiers. En conséquence, les gènes Hox chez la plupart des vertébrés sont regroupés sur plusieurs chromosomes, les groupes HoxA-D étant les mieux étudiés.

Un autre exemple est celui des gènes de la globine qui codent pour la myoglobine et l'hémoglobine et qui sont considérés comme des paralogues antiques. De même, les quatre classes d'hémoglobines connues (hémoglobine A, hémoglobine A2, hémoglobine B et hémoglobine F) sont des paralogues les unes des autres. Bien que chacune de ces protéines remplisse la même fonction de base du transport de l'oxygène, leur fonction a déjà légèrement divergé : l'hémoglobine foetale (hémoglobine F) a une plus grande affinité pour l'oxygène que l'hémoglobine adulte. La fonction n'est cependant pas toujours conservée. L'angiogénine humaine a divergé de la ribonucléase, par exemple, et bien que la structure tertiaire des deux paralogues reste similaire, leurs fonctions au sein de la cellule sont maintenant très différentes.

Il est souvent affirmé que les orthologues sont plus similaires sur le plan fonctionnel que les paralogues de divergence similaire, mais plusieurs articles ont contesté cette notion.

Régulation

Les paralogues sont souvent régulés différemment, par exemple en ayant différents modèles d'expression spécifiques à un tissu (voir gènes Hox). Cependant, ils peuvent également être régulés différemment au niveau des protéines. Par exemple, Bacillus subtilis code pour deux paralogues de glutamate déshydrogénase : GudB est transcrit de manière constitutive alors que RocG est étroitement régulé. Dans leurs états actifs, oligomères, les deux enzymes présentent des taux enzymatiques similaires. Cependant, les échanges d'enzymes et de promoteurs entraînent de graves pertes d'aptitude, ce qui indique une coévolution des promoteurs et des enzymes. La caractérisation des protéines montre que, par rapport à RocG, l'activité enzymatique de GudB dépend fortement du glutamate et du pH.

Régions chromosomiques paralogues

Parfois, de grandes régions de chromosomes partagent un contenu en gènes similaire aux autres régions chromosomiques du même génome. Ils sont bien caractérisés dans le génome humain, où ils ont été utilisés comme preuve pour étayer l'hypothèse 2R. Des ensembles de gènes dupliqués, triplés et quadrupliqués, avec les gènes apparentés sur différents chromosomes, sont déduits des restes de duplications génomiques ou chromosomiques. Un ensemble de régions de paralogie est appelé ensemble un paralogone.

Les ensembles bien étudiés de régions de paralogie comprennent les régions des chromosomes humains 2, 7, 12 et 17 contenant des grappes de gènes Hox, des gènes de collagène, des gènes de kératine et d'autres gènes dupliqués, des régions des chromosomes humains 4, 5, 8 et 10 contenant des gènes de récepteurs neuropeptidiques, des gènes homéobox de classe NK et de nombreuses autres familles de gènes, et des parties des chromosomes humains 13, 4, 5 et X contenant les gènes de ParaHox et leurs voisins. Le complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) du chromosome 6 humain possède des régions de paralogie sur les chromosomes 1, 9 et 19.

✅ Une grande partie du génome humain semble être assignable aux régions de paralogie.

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