L1 retrotransposon activity : insights from genomic and molecular studies

par Monika Kuciak

Thèse de doctorat en Sciences de la vie

Sous la direction de Gaël Cristofari.

Le président du jury était Renaud Mahieux.

Le jury était composé de Gaël Cristofari, Renaud Mahieux, Jean-Marc Deragon, Richard Cordaux, Pierre-Antoine Defossez.

Les rapporteurs étaient Jean-Marc Deragon, Richard Cordaux.

  • Titre traduit

    L'activité du rétrotransposon L1 à travers des études génomiques et moléculaires


  • Résumé

    Les rétrotransposons L1 sont les seuls éléments transposables autonomes et actifs chez l'Homme et constituent 20% de notre ADN. Ils prolifèrent via un intermédiaire ARN et un processus couplé de réverse transcription et d'intégration, appelé rétrotransposition, et médié par une particule ribonucléoprotéique (RNP). Les L1s sautent de façon active dans les cellules germinales, les cellules souches embryonnaires et l'embryon précoce, ce qui provoque parfois de nouvelles maladies génétiques. Cependant ils sont considérés comme éteints dans la plupart des tissus somatiques. Dans le but d'explorer l'importance et les conséquences de la rétrotransposition des L1s chez l'Homme, nous avons développé une approche de cartographie des L1s actifs dans le génome humain, en combinant amplification sélective des sites d'insertion et séquençage à haut-débit. Nous avons utilisé cette stratégie afin d'obtenir la cartographie différentielle des L1s dans deux lignées cellulaires humaines apparentées. Ainsi, nous avons découvert plusieurs insertions de L1 présentes uniquement dans la lignée fille mais absente dans la lignée parentale, démontrant pour la première fois que les éléments L1 endogènes humains sont capables de mobilité dans des lignées de cellules somatiques en culture. D'autre part, afin d'éclaircir les déterminants qui dictent l'intégration des L1s, nous avons développé un test direct de réverse transcription in vitro à partir de RNP L1 natives partiellement purifiées de cellules humaines. Ceci nous a permis de montrer que la réverse transcriptase du L1 participe à la sélection du site d'insertion, ajoutant une couche additionnelle de spécificité après l'endonucléase L1. En conclusion, notre travail met en lumière la flexibilité de la machinerie des L1s, une propriété qui a certainement participé à l'efficacité de l'invasion des génomes de mammifères par ces éléments génétiques mobiles.


  • Résumé

    L1 retrotransposons are the only autonomous and active transposable elements in humans and comprise as much as 20% of our DNA. They proliferate via an RNA intermediate and a coupled reverse transcription and integration process, called retrotransposition and mediated by an L1-encoded ribonucleoprotein particle (RNP). L1s are actively jumping in germ cells, embryonic stem cells and in the early embryo, occasionally leading to de novo genetic diseases, but are considered silent in most somatic tissues. To comprehensively map active L1 elements in the human genome and to further explore the importance and consequences of L1 retrotransposition in humans, we combined selective amplification of L1 insertion sites and high-throughput sequencing. We applied this strategy to obtain a differential map of L1 insertions in two related human cultured cell lines and to question the possibility that endogenous L1 elements could be jumping in somatic cultured cells. We discovered several L1 insertions only present in the daughter cell line but absent in the parental cell line, demonstrating for the first time that retrotransposition of endogenous L1s takes place in a human somatic cell line. To get insights into the determinants of L1 integration, we have also developed a novel reverse transcription assay using partially purified native L1 RNPs. This enabled us to show that the L1 reverse transcriptase participates to insertion site selection, adding a second layer of specificity beyond the L1 endonuclease. Finally our work highlights the flexibility of the L1 machinery, which certainly participates to the efficient spreading of L1 elements within mammalian genomes.

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