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# Biologie # Génétique

Le côté obscur de l'ADN : Les conducteurs méiotiques tueurs

Des éléments d'ADN égoïstes menacent la survie des espèces à travers la compétition.

Ananya Nidamangala Srinivasa, Samuel Campbell, Shriram Venkatesan, Nicole L. Nuckolls, Jeffrey J. Lange, Randal Halfmann, SaraH Zanders

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Dans le monde de la biologie, l'ADN peut parfois être un peu égoïste. Certaines parties de l'ADN sont connues sous le nom de "ADN égoïste" parce qu'elles essaient de se multiplier aux dépens du bien-être de tout l'organisme. Un type intéressant de ce comportement égoïste se produit lors de la reproduction chez certains organismes, où ces séquences d'ADN peuvent même provoquer la mort de certains descendants s'ils n'héritent pas des "bons" gènes.

Qu'est-ce que les Conducteurs Méiotique Tueurs ?

Les conducteurs méiotique tueurs sont des types spéciaux de ces éléments d'ADN égoïste. Ils fonctionnent en s'assurant que les descendants qui n'ont pas le gène conducteur sont détruits, menant à une situation où seuls les descendants possédant le gène conducteur survivent. On pourrait comparer ça à un jeu où seuls les joueurs avec les meilleures cartes restent dans le jeu, tandis que les autres sont automatiquement éliminés. Même si ça peut sembler malin, ces conducteurs peuvent être assez nuisibles à la forme globale de l'organisme, car ils peuvent mener à moins de descendants viables.

Évolution des Conducteurs Méiotique Tueurs

Étonnamment, ces conducteurs tueurs sont apparus indépendamment dans diverses espèces, ce qui signifie que différentes espèces ont trouvé des astuces similaires sans avoir d'ancêtre commun. Bien qu'il existe plusieurs types de conducteurs méiotique tueurs, ils partagent souvent certaines caractéristiques qui les relient. Malgré la variété apparente, il n'y a qu'une poignée de façons dont ces conducteurs fonctionnent, ce qui aide les chercheurs à les étudier et à comprendre leurs effets.

Les Gènes Wtf : Un Cas Particulier

Parmi tous ces conducteurs tueurs, les gènes wtf sont particulièrement notables. C'est une famille de gènes évoluant rapidement trouvée chez certaines espèces de levures. Chaque gène produit deux protéines : un poison et un antidote. Le poison est mortel pour les spores qui n'héritent pas d'un antidote correspondant, tandis que les spores qui ont l'antidote peuvent neutraliser le poison et survivre. C’est un peu comme une bande dessinée de super-héros où seuls ceux avec l'antidote secret vivent heureux pour toujours.

Fonction des Protéines Wtf

Les gènes wtf codent ces protéines poison et antidote sur des sections chevauchantes de leur ADN, ce qui signifie que des changements dans l'ADN peuvent créer de nouveaux poisons et Antidotes en même temps. Cette évolution rapide permet à ces gènes de s'adapter rapidement, ce qui peut être bénéfique pour leur survie.

Comment fonctionne l'Antidote Wtf ?

La protéine antidote comprend une partie spécifique qui l'aide à trouver son chemin vers le site de dégradation cellulaire, ou vacuole, où elle peut éliminer le poison. Quand les deux protéines sont là, l'antidote fonctionne en s'unissant avec le poison et en le guidant vers la vacuole. Cette coopération entre les deux protéines est essentielle pour la survie des spores.

Compatibilité et Allèles Auto-Tueurs

La compatibilité de ces protéines poison et antidote joue un rôle crucial dans la santé future des descendants. Si les protéines sont incompatibles, les descendants pourraient avoir un poison toxique sans antidote efficace, menant à une auto-destruction. Cette situation peut vraiment plomber la population, causant de l'infertilité. C’est comme jouer à un jeu de société où les règles changent sans arrêt, et certains joueurs oublient comment jouer.

Analyse des Conducteurs Wtf

Dans leurs efforts pour mieux comprendre ces protéines, les chercheurs ont analysé une large gamme de protéines Wtf provenant de différentes espèces. Ils ont découvert que même si ces protéines partageaient peu de choses en termes de structure, elles avaient une capacité commune à former des assemblages, ce qui est crucial pour leur fonction. Plus elles s'assemblent, plus elles peuvent être toxiques. Ils ont examiné les mutations qui ont modifié ces protéines pour voir comment cela affectait leur comportement dans la levure.

Le Rôle de l'Assemblage des Protéines

Une des découvertes clés était que la façon dont ces protéines s'assemblent est liée à leur toxicité. Quand les protéines forment de petits assemblages éparpillés, elles tendent à être plus toxiques. En revanche, quand elles forment des groupes plus grands et concentrés, elles deviennent moins nocives. C'est un peu comme dans une émission de cuisine où la recette demande une pincée de sel ; trop peut ruiner le plat.

Mutations et Leurs Effets

Les chercheurs ont créé de nombreuses mutations dans les gènes wtf pour suivre comment les changements affecteraient l'assemblage et la toxicité des protéines. Certains mutants produisaient des protéines qui, bien qu'elles formaient encore des assemblages, n'étaient plus toxiques. Bien que cela puisse sembler être une victoire pour la levure, c'est un exemple clair de la façon dont les protéines peuvent évoluer et s'adapter.

Fonction et Limites de l'Antidote

Il y a aussi eu des expériences avec la protéine antidote Wtf, qui ont montré que le fait d'être physiquement lié au poison n'est pas toujours suffisant pour un sauvetage efficace. Même si l'antidote est présent, il doit être correctement assemblé avec le poison pour le neutraliser efficacement. S'il ne s'assemble pas correctement, l'antidote est comme un super-héros sans ses pouvoirs - toujours là mais pas très utile.

La Région C-Terminale

Une découverte intrigante sur l'antidote était sa région C-terminale, qui semblait jouer un rôle dans son efficacité. Les chercheurs ont testé diverses versions de l'antidote pour voir comment les changements dans cette partie affecteraient sa fonction. Tout comme un candidat de télé-réalité qui change constamment de coiffure pour rester pertinent, l'antidote devait s'adapter pour garder sa fonction efficace.

Le Paysage de la Forme

Les chercheurs ont aussi émis des hypothèses sur les impacts plus larges de ces conducteurs tueurs sur leurs populations. La présence d'allèles auto-tueurs pourrait mener à une situation où la fertilité d'une population est affectée à cause de ces protéines incompatibles. C’est comme une fête où certains invités ne s’entendent pas, faisant que tout le monde parte tôt.

Évolution Rapide et Allèles Auto-Tueurs

La capacité d'évoluer rapidement peut donner à ces conducteurs un avantage dans leur environnement. Cependant, cela pose aussi des risques. L'introduction d'allèles auto-tueurs menace non seulement les organismes individuels mais pourrait également créer des problèmes à long terme pour les populations.

Conclusion

L'étude de l'ADN égoïste, surtout dans le contexte des conducteurs méiotique tueurs comme les gènes wtf, révèle des aperçus fascinants sur l'évolution, la compatibilité et la dynamique des populations. Bien que ces conducteurs possèdent la capacité d'assurer leur propre succès, ils portent aussi le risque de créer des scénarios mortels pour leurs porteurs. Dans ce jeu complexe de survie, l'équilibre entre compétition et coopération parmi les gènes continue d'intriguer et de perplexer les scientifiques.

Source originale

Titre: Functional constraints of wtf killer meiotic drivers

Résumé: Killer meiotic drivers are selfish DNA loci that sabotage the gametes that do not inherit them from a driver+/driver-heterozygote. These drivers often employ toxic proteins that target essential cellular functions to cause the destruction of driver- gametes. Identifying the mechanisms of drivers can expand our understanding of infertility and reveal novel insights about the cellular functions targeted by drivers. In this work, we explore the molecular mechanisms underlying the wtf family of killer meiotic drivers found in fission yeasts. Each wtf killer acts using a toxic Wtfpoison protein that can be neutralized by a corresponding Wtfantidote protein. The wtf genes are rapidly evolving and extremely diverse. Here we found that self-assembly of Wtfpoison proteins is broadly conserved and associated with toxicity across the gene family, despite minimal amino acid conservation. In addition, we found the toxicity of Wtfpoison assemblies can be modulated by protein tags designed to increase or decrease the extent of the Wtfpoison assembly, implicating assembly size in toxicity. We also identified a conserved, critical role for the specific co-assembly of the Wtfpoison and Wtfantidote proteins in promoting effective neutralization of Wtfpoison toxicity. Finally, we engineered wtf alleles that encode toxic Wtfpoison proteins that are not effectively neutralized by their corresponding Wtfantidote proteins. The possibility of such self-destructive alleles reveals functional constraints on wtf evolution and suggests similar alleles could be cryptic contributors to infertility in fission yeast populations. As rapidly evolving killer meiotic drivers are widespread in eukaryotes, analogous self-killing drive alleles could contribute to sporadic infertility in many lineages.

Auteurs: Ananya Nidamangala Srinivasa, Samuel Campbell, Shriram Venkatesan, Nicole L. Nuckolls, Jeffrey J. Lange, Randal Halfmann, SaraH Zanders

Dernière mise à jour: 2024-12-02 00:00:00

Langue: English

Source URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.08.27.609905

Source PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.08.27.609905.full.pdf

Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

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