Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
Maison » Co-option génétique (recrutement)

Co-option génétique (recrutement)

1990
  • Susumu Ohno
  • Joram Piatigorsky
  • Graeme Wistow
Scène de laboratoire illustrant la cooptation de gènes dans la recherche en génétique évolutive.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

La cooptation génique, ou recrutement génique, est le processus évolutif par lequel un gène ou un réseau de gènes est utilisé pour une nouvelle fonction, souvent dans un contexte développemental différent. Il s'agit d'un mécanisme fondamental pour l'évolution de nouveaux caractères sans nécessiter la création de nouveaux gènes. Par exemple, les cristallines, protéines structurales transparentes du cristallin, ont été cooptées à partir d'enzymes métaboliques.

La cooptation de gènes est une illustration puissante du fait que l'évolution est un ‘bricoleur’ et non un ingénieur. Au lieu de concevoir de nouveaux composants à partir de zéro, elle réutilise ceux qui existent déjà. Le mécanisme moléculaire implique souvent des changements dans les éléments cis-régulateurs (CRE) d'un gène. Une mutation dans un CRE peut faire en sorte qu'un gène, qui n'était auparavant exprimé que dans le foie, le soit désormais dans les cellules de la peau en développement, par exemple. Si ce nouveau mode d'expression présente un avantage, il peut être sélectionné. La protéine elle-même n'a pas besoin de changer initialement ; sa nouvelle localisation et son nouveau contexte lui confèrent une nouvelle fonction.

Le cas des cristallines du cristallin en est un exemple classique. Des recherches menées dans les années 1980 par Piatigorsky et Wistow ont montré que de nombreuses protéines cristallines étaient identiques ou étroitement apparentées à des enzymes métaboliques courantes comme la lactate déshydrogénase et l'argininosuccinate lyase. Ces enzymes étaient déjà présentes dans les cellules et possédaient des propriétés – stabilité et solubilité à haute concentration – qui les rendaient aptes à former un cristallin transparent et réfractif. Une mutation régulatrice a entraîné leur surexpression massive dans l'œil en développement, les attribuant à un nouveau rôle structural. Un autre exemple célèbre est la cooptation du gène Distal-less, impliqué dans le développement des appendices, pour dessiner les ocelles des ailes de papillon.

UNESCO Nomenclature: 2411
- L'évolution

Taper

Système abstrait

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • La théorie de Susumu Ohno sur l'évolution par duplication des gènes
  • le concept d'exaptation par Stephen Jay Gould et Elisabeth Vrba
  • le modèle Jacob-Monod de régulation des gènes (l'opéron)
  • progrès dans le séquençage des protéines et la biochimie
  • découverte d'éléments cis-régulateurs

Applications

  • expliquant l'origine de nouvelles structures biologiques comme les plumes, les membres et les yeux
  • comprendre comment le venin a évolué chez les serpents à partir d'enzymes digestives
  • biologie synthétique, for engineering novel functions into existing genetic circuits
  • développement de médicaments, en comprenant comment les protéines peuvent avoir de multiples fonctions (travail au clair de lune)
  • retracer l'histoire évolutive des traits complexes

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • concevoir des bactéries pour effectuer de nouvelles tâches métaboliques en cooptant des enzymes existantes dans de nouvelles voies
  • designing ‘smart’ cancer therapies that co-opt a tumor’s own proteins for a cytotoxic function
  • créer des biocapteurs en reliant l'élément régulateur d'une voie au produit protéique d'une autre
  • développer des matériaux auto-réparateurs en cooptant des gènes de cicatrisation des plaies dans des biomatériaux structurels
  • l'ingénierie des plantes pour produire des produits pharmaceutiques dans leurs feuilles en cooptant des enzymes métaboliques
  • creating novel vaccines by expressing viral antigens using the cell’s own highly-expressed ‘housekeeping’ genes
  • conception de portes logiques en biologie synthétique à l'aide de facteurs de transcription cooptés
  • developing new methods for bioremédiation by recruiting microbien enzymes to break down novel pollutants
  • créer des tissus artificiels dotés de nouvelles propriétés en forçant l'expression de protéines structurelles cooptées
  • identifying potential drug targets by searching for ‘moonlighting’ proteins with unknown secondary functions
Voir aussi : cooptation de gènes, recrutement, exaptation, cristalline, évolution, nouveaux caractères, régulation des gènes, éléments cis-régulateurs, sans distalité, evo-devo.

Contexte historique

Co-option génétique (recrutement)

1983
1987
1990
1990
1990
1997
2000
1979
1983
1988
1990
1990
1997
2000
2008

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

Les images en pleine résolution et les téléchargements sont uniquement disponibles, et 100% gratuits, pour les membres inscrits.