vignette|Structure secondaire prédite et conservation de la séquence du msr. Un rétron est une séquence d'ADN distincte présente dans le génome de nombreuses espèces bactériennes, qui code une enzyme transcriptase inverse (RT) et un hybride ADN/ARN simple brin unique appelé (ADNsm). L'ARN msr du rétron est l'ARN non codant produit par les éléments du rétron ; il constitue le précurseur immédiat de la synthèse de l'ADNsm. Cet ARN msr se replie en une structure secondaire caractéristique comportant un résidu guanosine conservé à l'extrémité d'une « tige-boucle ». La synthèse d'ADN par la transcriptase inverse codée par le rétron aboutit à une chimère ADN/ARN composée d'un court segment d'ADN simple brin lié à un court segment d'ARN simple brin. Le brin d'ARN est relié à l'extrémité 5' de la chaine d'ADN par une liaison phosphodiester 2'-5' impliquant la position 2' du résidu guanosine interne conservé.

Séquence et structure vignette|L'opéron du rétron porte une séquence promotrice P qui contrôle la synthèse d'un transcrit d'ARN contenant trois locus : msr, msd et ret. Le produit du gène ret, une transcriptase inverse, transforme la partie msd/msr du transcrit d'ARN en ADNsm.

Les éléments de rétron ont une longueur d'environ 2 kb. Ils contiennent un opéron unique contrôlant la synthèse d'un transcrit d'ARN portant trois locus impliqués dans la synthèse de l'ADNsm. La partie ADN de l'ADNsm est codée par le gène msd et la partie ARN par le gène msr, tandis que le produit du gène ret est une transcriptase inverse similaire à celles produites par les rétrovirus et d'autres types de rétroéléments. Comme les autres transcriptases inverses, la RT du rétron possède sept régions d'acides aminés conservés (numérotées de 1 à 7 sur la figure), dont une séquence Tyr-Ala-Asp-Asp (YADD) hautement conservée associée au cœur catalytique. Le produit du gène ret est responsable de la transformation de la partie msd/msr du transcrit d'ARN en ADNsm.

Classification et occurrence Pendant de nombreuses années après leur découverte chez les virus d'animaux, on pensait les transcriptases inverses absentes chez les procaryotes. Mais depuis, des éléments codant une transcriptase inverse ont été identifiés chez de nombreuses bactéries :

les rétrons constituent la première famille de rétroéléments découverte chez les bactéries ; les : ce sont les rétroéléments bactériens les mieux caractérisés et le seul type connu à présenter une mobilité autonome ; ils sont constitués d'une transcriptase inverse codée au sein d'une structure d'ARN catalytique capable d'autoépissage. La mobilité des introns de groupe II est assurée par une ribonucléoprotéine comprenant un intron en forme de lasso lié à deux protéines codées par l'intron ; les rétroéléments générateurs de diversité (DGR, pour diversity-generating retroélements). Les DGR ne sont pas mobiles, mais ils ont pour fonction de diversifier les séquences d'ADN. Par exemple, les DGR régulent le passage entre les phases pathogène et libre chez Bordetella.

Fonction Les rétrons n'étant pas mobiles, leur présence chez diverses espèces bactériennes ne relève pas du phénomène de l'« ADN égoïste ». Au contraire, les rétrons bactériens confèrent aux bactéries hôtes une certaine protection contre les infections phagiques. Plusieurs rétrons sont situés dans des régions d'ADN adjacentes à des gènes codant certaines protéines effectrices. Lorsque leur expression est activée, la plupart de ces effecteurs et les rétrons qui leur sont associés agissent de concert pour bloquer l'infection phagique.

Rétrons en génie génétique Les rétrons se sont imposés comme des outils puissants en génie génétique grâce à leur capacité unique à produire de l'ADN simple brin (ADNsb) à l'intérieur des cellules. Voici quelques-unes des principales applications des rétrons :

Production d'ADN in situ pour l'édition du génome Les rétrons génèrent de l'ADNsb par transcription inverse d'un ARN non codant. Cet ADNsb peut servir de matrice donneuse pour l'édition génomique, par exemple dans le cadre de techniques de recombineering ou de systèmes basés sur CRISPR. Cette approche permet d'introduire des mutations précises et ciblées sans nécessiter l'apport d'ADN exogène.

Recombineering à l'aide de banques de rétrons (RLR) La technique RLR permet une édition du génome massivement parallèle. Elle utilise des rétrons pour générer simultanément des millions de mutations uniques, chacune étant marquée par un « code-barres » moléculaire.

Cela permet aux chercheurs de :

réaliser des criblages génétiques à haut débit ; modifier simultanément plusieurs sites sur un même génome ; étudier les relations génotype-phénotype ; suivre les mutations au sein de vastes populations cellulaires.

Enregistrement biologique Des rétrons ont été modifiés pour servir d'enregistreurs moléculaires, capturant des informations sur des évènements cellulaires par l'intégration de séquences d'ADN spécifiques dans le génome. Cette méthode pourrait être utilisée pour surveiller l'expression génique ou les changements environnementaux au cours du temps.

Toxicité réduite par rapport à CRISPR Contrairement au système CRISPR-Cas9, qui induit des cassures double brin (CDB) potentiellement toxiques ou susceptibles d'entraîner des effets non ciblés, l'édition basée sur les rétrons évite la formation de CDB, constituant ainsi une alternative moins toxique pour certaines applications.

Biologie synthétique et ingénierie évolutive Les rétrons sont étudiés pour l'évolution en continu de génomes synthétiques, permettant des cycles itératifs de mutation et de sélection afin de faire évoluer de nouveaux caractères ou de nouvelles fonctions chez les microorganismes.

Notes et référence

Catégorie:ARN non codant