Genome invaders


L’attaque des E.T(ransposables)

Genome Invaders

Salutations ! Nous sommes quatre étudiants en première année de Master de Génétique. Nous voici :

Nous sommes heureux de vous présenter le synopsis d’un jeu vidéo fictif. Il s’inspire d’un classique des jeux vidéos en y apportant une dimension scientifique. Notre jeu vous permettra de vous amuser tout en découvrant l’un des phénomènes majeurs qui touche les cellules composant notre organisme.

Tout d’abord, pour comprendre ce jeu, il faut comprendre l’organisation d’une cellule. Les cellules de notre organisme sont constituées d’un noyau dans lequel se trouve de l’ADN. C’est une hélice formée à partir d’une succession de quatre lettres : A, T, C et G. Certaines parties de cet ADN sont appelées les gènes. La lecture des lettres à cet endroit donne toutes les informations nécessaires au fonctionnement de notre corps. L’ensemble de l’ADN et de ces informations constitue le génome.

© 2020 tubefr.com

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Sur l’hélice présentée à droite, les lettres A, T, C et G sont représentées sous formes de bâtons colorés. C’est ce qui est lu.

Ce génome, bien que stable, peut être perturbé par des envahisseurs. Dans notre jeu vidéo, constitué de trois niveaux, nous vous conterons de manière ludique cette invasion. Votre mission est de les éviter ou de détourner leur fonctionnement à votre profit, à vous de jouer !

Niveau 1 : Les E.T. envahissent le génome !

Dans les années 50 aux États-Unis, Barbara Mclintock met en évidence chez le maïs 🌽 l’existence des éléments transposables (appelés E.T.). Ce sont des fragments d’ADN qui s’insèrent et se déplacent d’un endroit à un autre du génome. Ce mouvement est appelé la transposition. Ces fragments d’ADN sont des sortes d’envahisseurs de notre ADN. La légende dit même que certains d’entre eux ont une origine lointaine provenant des virus…

Votre première mission est d’éviter les éléments transposables ! Ils tentent de s’insérer dans l’ADN. Bien que la transposition soit le plus souvent sans conséquences, l’insertion d’E.T peut être coûteuse pour la cellule. En effet, une cellule doit se multiplier, ce qui nécessite qu’elle copie son ADN pour le transmettre à la future cellule. Si le génome devient trop grand à la suite des insertions, la cellule mettra plus de temps à se multiplier, ce qui la désavantage fortement. De plus, les E.T. sont des fragments d’ADN : ils portent eux aussi une succession de lettres. Leur insertion ajoute donc de l’information dans le génome. Cela peut perturber la lecture des informations environnantes.

Pour éviter cela, déplacez l’ADN à l’aide de votre curseur et essayez d’échapper aux insertions. Vous gagnez un point à chaque E.T évité. A vous de faire exploser le compteur !

En fonction de l’endroit de l’insertion, les effets sur le fonctionnement de la cellule peuvent être plus ou moins néfastes… Saviez vous qu’uniquement 3% de votre ADN est constitué de gènes, les régions qui portent des informations ?

Ces régions (en rouge dans le jeu) sont donc très importantes pour le fonctionnement cellulaire. Si certaines sont modifiées, cela peut même conduire à une mort cellulaire ! Si par malheur un E.T s’insère dans un gène cela sera donc nocif pour l’ADN. C’est un GAME OVER ☠️ automatique, alors prenez garde!

Autour des gènes, il existe des régions importantes pour contrôler l’utilisation des informations contenues dans le génome. On les appelle des régions régulatrices. Dans l’animation de notre jeu, elles se trouvent à gauche des gènes.

Si un E.T. s’insère dans cette région, les informations du gène sont en péril. Il faudra tenter de pallier ce problème lors du niveau 2 !

Niveau 1.5: Chaud devant, place aux E.T !

La transposition est un phénomène peu fréquent mais qui se déroule de manière récurrente, à un rythme relativement précis. Bien que toutes les régions de l’ADN puissent être touchées, certaines sont plus propices à ces insertions : on les appelle des points chauds de transposition.

Dans ce jeu, la région régulatrice située à gauche du gène est justement un point chaud. La probabilité d’insertion dans cette zone est plus forte qu’autre part.

Par conséquent, cher joueur, si aucun de vos E.T. ne s’est introduit à cet endroit lors du premier niveau, il vous faudra passer par ce niveau intermédiaire car il est beaucoup plus probable qu’un E.T. s’insère dans cette zone qu’ailleurs. Votre mission ici est de parvenir à insérer un E.T. dans la région régulatrice dans le temps imparti. Si vous n’y parvenez pas, c’est GAME OVER ☠️ !

Niveau 2 : Les KRABs à la rescousse !

La difficulté s’intensifie ! Comme nous l’avons évoqué plus tôt, l’insertion d’un E.T. dans une région à proximité du gène affecte la façon dont les informations de ce dernier sont utilisées. Ceci est dangereux pour votre cellule. Pour la sauver, vous devez faire appel à une armée de soldats ! Leur but est de cacher l’E.T. en compactant l’ADN, un peu comme une pelote de laine. En effet, une zone compactée est très enroulée sur elle-même, ce qui rend sa détection difficile.

ADN condensé (en rose)

ADN condensé (en rose)

La succession de lettres que contient l’E.T. ne peut plus être lue. Les informations contenues dans ce fragment d’ADN ne sont donc plus utilisables et les instructions indiquant comment bouger sont inaccessibles. L’E.T. ne peut plus se déplacer et envahir une autre partie du génome. Il sera comme pris dans les mailles d’un filet. Il ne sera alors plus nocif pour la cellule.

Le premier soldat à devoir être recruté est le capitaine KRAB. Ne vous fiez pas à son allure sympathique, ce dernier peut se lier efficacement à l’ADN à l’aide de ses pinces !

Capitaine KRAB

Capitaine KRAB

Cependant, il n’agit pas seul. Une fois fixé, il lance un appel à son lieutenant TRIM28 et à ses soldats. Ensemble, ils forment une coalition qui permet de condenser l’ADN.

Votre objectif lors de ce niveau est donc de fixer ces guerriers un à un. Mais n’oubliez pas qu’il vous faudra toujours éviter les autres E.T. qui tentent de s’insérer dans l’ADN !

Si l’objectif n’est pas atteint dans le temps imparti, c’est GAME OVER ☠️.

Niveau 3: S’allier pour apprivoiser le génome

Des millions d’années ont passé et les E.T. se sont insérés dans l’ADN à de nombreuses reprises. Ce phénomène s’est déroulé dans diverses cellules ayant des rôles différents. En effet, il existe une multitude de types de cellules dans un organisme : des cellules du rein, du coeur, du poumon, etc. Dans ce niveau, elles sont représentées par des couleurs : rouge, bleu, vert… Ces cellules n’ont pas les mêmes fonctions, c’est-à-dire qu’elles n’effectuent pas les mêmes tâches. Malgré tout, elles ont toutes été la cible de l’invasion par les E.T.

Au fil du temps, indépendamment dans chaque type de cellule, la succession de lettres qui compose les E.T. a changé : c’est ce que l’on appelle des mutations. Ils peuvent en accumuler plusieurs, si bien que les informations qu’ils portaient initialement sont totalement modifiées ! C’est comme si l’on changeait les lettres d’un mot : cela change tout le sens de la phrase.

Dans le cas des E.T. présents dans les cellules rouges, le message contenu dans la succession de lettres est passée de “Les E.T. sont des aliens, ils colonisent” à “Les E.T. sont des alliés, ils cohabitent”. Puisque le message n’indiquent plus qu’ils colonisent, les E.T. ne peuvent plus se déplacer ! Même s’ils n’étaient pas assiégés par les KRAB, ils ne pourraient plus bouger car ils en ont perdu la capacité. Cependant, certains d’entre eux sont encore assiégés par cette coalition tandis que d’autres ne le sont plus. Alors quel est l’intérêt de mener cette lutte contre un ennemi déjà vaincu ?

Pour vous expliquer cela, nous vous avons concocté cet ultime niveau, composé de cinq paliers de difficulté croissante.

Il s’avère que dans les cellules rouges, les E.T. modifiés sont devenus bénéfiques. Aviez-vous remarqué ? Le message dit qu’ils sont désormais des alliés ! Le problème est que la coalition des KRAB les assiège toujours. Leur message n’est donc pas lisible. Pour qu’ils puissent aider les cellules rouges dans leur fonctionnement et leur apporter un avantage, il faut éliminer les KRAB qui condensent l’ADN. Les E.T. modifiés pourront alors être utilisés pour le bien de la cellule : c’est ce qu’on appelle la domestication des E.T. ! Cela apporte un avantage aux cellules rouges car elles portent désormais un message bénéfique que les autres n’ont pas. Elles sont plus forte grâce à cette alliance : la cellule a donc trouvé un moyen d’utiliser les E.T. à son profit !

Votre mission est ici de retrouver les cellules rouges parmi la multitude de cellules colorées qui apparaissent sur votre écran. Vous avez 10 secondes pour mémoriser leur localisation. Une fois ce temps écoulé, toutes les cellules deviennent grises, à vous de cliquer sur celles qui peuvent domestiquer les E.T. !

A chaque palier de ce niveau, de plus en plus de cellules apparaissent à l’écran, il sera donc plus difficile de localiser les cellules rouges. Si la tâche devient trop compliquée, vous disposez d’un joker. Il vous permet de re-localiser ces cellules pendant trois secondes. Cependant, ces mêmes secondes sont perdues à votre compteur.

Faites marcher vos petites cellules grises !

Avez-vous passé toutes les étapes ?!

→ Félicitations, vous avez terminé le jeu ! 🎉

Vous vous êtes désormais familiarisés avec la notion des transposons et leur rôle, rien que ça !

Parlons maintenant un peu de recherche…

Comme vous l’avez compris, les cellules peuvent s’allier à leurs envahisseurs pour augmenter leurs capacités via la domestication des E.T. Cependant, bien que l’on comprenne le principe de ce mécanisme, on ne sait pas dans quelles types de cellules il se déroule. Des équipes de recherche tentent donc de déterminer dans quels types cellulaires les différents E.T. peuvent être domestiqués. Pour cela, ils réalisent des expériences permettant de déterminer si KRAB et ses acolytes sont liés ou non sur un E.T. S’ils le sont, la lutte est en cours et l’E.T. n’est pas lisible : il n’est pas domestiqué. A l’inverse, si l’armée du capitaine KRAB n’est pas présente, c’est que l’alliance a eu lieu !

Si ces travaux de recherche permettent d’en apprendre davantage sur la domestication des E.T., les découvertes pourraient faire l’objet d’un GENOME INVADERS 2 ! 👾

Sources:

Ecco G, Imbeault M, Trono D, KRAB zinc finger proteins, Development, 2017.

Imbeault M, Helleboid P & Trono D, KRAB zinc-finger proteins contribute to the evolution of gene regulatory networks, Nature, 2017.

Feschotte C, Transposable elements and the evolution of regulatory networks, Nature reviews, 2008.

Ecco G et al, Transposable Elements and Their KRAB-ZFP Controllers Regulate Gene Expression in Adult Tissues, Dev Cell, 2016.

Michelle K et al, The KRAB-zinc-finger protein ZFP708 mediates epigenetic repression at RMER19B retrotransposons, Development, 2019.

Guidez, F, Rétrotransposons et cellules somatiques : Parasites ou acteurs actifs du contrôle épigénétique ?, Med Sci, 2014.

Hancks DC, Kazazian HH, Active human retrotransposons: variation and disease, Current opinion in genetics & development, 2012.

Theologis A, Ecker J, Palm C et al., Sequence and analysis of chromosome 1 of the plant Arabidopsis thaliana, Nature, 2000.

Copyright:

Toutes les animations et illustrations de ce billet de blog ont été réalisées par les auteurs (Alexandra Achab, Baptiste Darracq, Maëlle Ralu, Zoe Velasquillo) à l’aide du site www.piskelapp.com.

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