13.7:

13.7: Recombinaison d’exon

Exon Recombination

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Molecular Biology

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Exon Recombination

13.6: Gene Duplication and Divergence

13.8: Comparing Copy Number Variations and SNPs

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02:32 min

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April 07, 2021

Overview

The evolution of new genes is critical for speciation. Exon recombination, also known as exon shuffling or domain shuffling, is an important means of new gene formation. It is observed across vertebrates, invertebrates, and in some plants such as potatoes and sunflowers. During exon recombination, exons from the same or different genes recombine and produce new exon-intron combinations, which might evolve into new genes.

Exon shuffling follows “splice frame rules.” Each exon has three reading frames. The incoming exons can recombine and join at any one of the three reading frames and cause frameshift mutations. Therefore, not all recombination events are useful; some can even result in a premature stop codon and immature protein.

Exon shuffling in the human genome

Along with gene duplication and divergence, the exon shuffling is attributed to the evolution of several human-specific genes. For example, around 25 million years ago, a gene called MCH (Melanin-concentrating hormone) underwent exon recombination by retrotransposition in the early primates. It created de novo intron-exon boundaries, which later evolved into the Hominidae specific conserved gene PMCHL1 – although this is a pseudogene, the antisense RNA is expressed in the human brain. Since the original MCH gene encoded a neuropeptide involved in balancing energy requirements and body weight in rodents, the PMCHL-1 is expected to have similar functions.

Illegitimate recombination (IR) is one of the most commonly observed mechanisms of exon recombination or exon shuffling. IR leads to duplication of exons; this has been observed in several human diseases such as Duchenne and Becker muscular dystrophy, familial hypercholesterolemia, Lesch-Nyhan syndrome, hemophilia, and lipoprotein lipase deficiency.

Transcript

Les gènes eucaryotes sont constitués d’une alternance de blocs de séquences codantes pour des protéines appelées exons et de séquences non codantes appelées introns.

La recombinaison d’exons est un processus par lequel les exons de gènes identiques ou différents se recombinent pour produire de nouvelles combinaisons de séquences exon-intron, qui peuvent évoluer vers de nouveaux gènes.

La recombinaison de l’exon peut être médiée par une recombinaison non homologue ou une rétro-transposition.

Lors d’une recombinaison non homologue ou illégitime, des brins d’ADN sans similitude de séquence peuvent se recombiner et produire une nouvelle structure génétique.

La granulomatose chronique – une maladie génétique du système immunitaire en est un bon exemple. De nombreux patients atteints de cette maladie présentent une mutation rare du gène phox codant pour l’enzyme NADPH oxydase.

La NADPH oxydase de type sauvage produit des espèces réactives de l’oxygène telles que le superoxyde lors de l’infection et aide à tuer les agents infectieux par les phagocytes.

Dans de rares cas, les séquences non homologues entre les exons 8 et 11 du gène phox se recombinent, provoquant la duplication des exons 9 et 10. Cela conduit à une activité réduite de l’enzyme NADPH oxydase. L’enzyme altérée ne parvient pas à générer suffisamment d’espèces réactives de l’oxygène pour éliminer l’infection bactérienne, ce qui entraîne un granulome ou une agrégation des macrophages et des cellules immunitaires associées.

La

recombinaison de l’exon due à la rétrotransposition est la meilleure façon d’expliquer l’évolution du gène Jingwei chez la drosophile africaine.

Il y a environ 2,5 millions d’années, une partie de l’ARNm Adh s’est transcrite en ADN et recombinée avec les exons du gène Ynd pour donner naissance à un nouveau gène appelé Jingwei.

Le gène Ynd est responsable du développement des testicules chez la drosophile et le gène Adh code pour l’alcool déshydrogénase. Le nouveau gène Jingwei code pour une protéine à deux domaines, l’un dérivé de Ynd et l’autre d’Adh.

Par conséquent, la protéine Jingwei est exprimée dans le testicule de la drosophile et est responsable de la biosynthèse des hormones et des phéromones.

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