Annale corrigée Pratique du raisonnement scientifique 1

L'origine virale du gène de la syncytine

Exercice 2

L'origine virale du gène de la syncytine

1 h 50

9 points

Intérêt du sujet • Le rôle des transferts de gènes dans l'évolution n'est plus à débattre. Découvrez, à partir d'une approche de biologie moléculaire, comment un gène viral est impliqué dans la formation du placenta.

 

La syncytine est une protéine produite chez l'être humain dans certains tissus. Les chercheurs pensent que son existence témoigne d'un transfert de gènes par voie virale.

DOCUMENT 1Organisation comparée du gène de la syncytine humaine et d'une séquence d'ADN d'une catégorie de virus (exemple du virus MSRV)

svtT_2000_00_04C_01

D'après Dupressoir et coll., PNAS, 2005, 102(3):725-730 et Mayer, 2013

Les séquences LTR sont spécifiques de l'ADN de certaines catégories de virus. Elles sont nécessaires à l'intégration des gènes viraux dans le génome de la cellule-hôte.

Chez l'être humain, le gène ENV code pour la syncytine ; chez le virus, il code pour une protéine de l'enveloppe virale.

DOCUMENT 2Comparaison de deux protéines : la syncytine humaine et une protéine de l'enveloppe du virus MSRV

Les deux protéines sont constituées d'environ 542 acides aminés ; 473 acides aminés sont identiques, soit 87,3 % d'identité.

Le document ci-dessous montre une comparaison effectuée de l'acide aminé 145 à l'acide aminé 172.

svtT_2000_00_04C_02

D'après acces.ens-lyon.fr

DOCUMENT 3Expression du gène de la syncytine

a) Dans différents organes chez la souris adulte

svtT_2000_00_04C_03

D'après Dupressoir et coll., PNAS, 2005, 102(3):725-730

b) Au niveau du placenta humain

La zone d'expression de la syncytine est visualisée dans une villosité placentaire grâce à une coloration cytoplasmique sombre.

svtT_2000_00_04C_04

Med Sci (Paris), Vol. 27, n. 2, p. 163-169 © 2011 médecine/sciences-Inserm/SRMS

D'après Dupressoir et coll., Placenta, 33, 2012

DOCUMENT 4Action de la syncytine et d'une séquence nucléotidique de virus sur des cultures cellulaires

a) Cultures de cellules humaines

svtT_2000_00_04C_05

© Mi et coll. in Nature volume 403, pages 785–789 (17 février 2000)

b) Cultures de cellules humaines (lignée TELac2)

Pour cette souche de cellules humaines, le gène de la syncytine est inactif.

svtT_2000_00_04C_06

© 2000 American Society for Microbiology

D'après Blond et coll., J. Virol., 2000, 74, 3321-3323

À partir de l'étude des documents et de l'utilisation de vos connaissances :

expliquez le rôle de la syncytine ;

donnez des arguments en faveur du transfert par voie virale du gène de la syncytine.

 

Les clés du sujet

Étape 1. Comprendre le sujet

Suivez le plan suggéré par les deux questions du sujet et non un plan qui reprendrait l'ordre des documents.

Exploitez les documents 3a, 3b et 4a pour conclure sur le rôle de la syncytine.

Exploitez les documents 1, 2 et 4b pour argumenter en faveur de l'origine virale du gène humain de la syncytine.

Étape 2. Exploiter les documents

Le document 1 permet de comparer la séquence du génome humain contenant le gène de la syncytine à celle du génome viral.

Le document 2 permet de discuter de l'homologie du gène de la syncytine et du gène ENV du virus.

Le document 3 précise l'organe dans lequel s'exprime de façon prépondérante le gène de la syncytine (a) et renseigne sur les caractéristiques du placenta embryonnaire indispensables à sa fonction (b).

Le document 4 permet d'établir une relation fonctionnelle entre la protéine codée par le gène de la syncytine et les propriétés du placenta (a) et présente une comparaison des rôles du gène de la syncytine et du gène ENV du virus (b).

Étape 3. Construire la réponse

Tableau de 3 lignes, 2 colonnes ;Corps du tableau de 3 lignes ;Ligne 1 : I. Le rôle de la syncytine; Localisez l'organe où s'exprime le gène de la syncytine humaine.Précisez le lieu d'expression de la syncytine dans cet organe et corrélez-le avec une caractéristique fonctionnelle des cellules.Établissez un lien entre le rôle de la syncytine et la fonction de l'organe où elle s'exprime.; Ligne 2 : II. L'origine du gène de la syncytine dans le génome humain; Comparez la structure du génome viral à celle de la séquence du génome humain.Dégagez la signification de la similitude des séquences de la syncytine et de la protéine virale ENV.Comparez les rôles de la syncytine et de la protéine virale ENV.; Ligne 3 : Conclusion; Débutez cette fois par l'origine virale de la syncytine.Terminez en insistant sur le fait que le gène viral ENV incorporé dans le génome humain est resté fonctionnel et que la protéine qu'il code a gardé ses mêmes propriétés mais que celles-ci interviennent dans une nouvelle structure.;

Introduction

Les transferts horizontaux ont joué un rôle important dans l'évolution des êtres vivants. C'est le cas du transfert d'un génome viral à des organismes eucaryotes. Nous allons voir comment les données des documents proposés permettent d'établir le rôle de la syncytine dans la reproduction humaine et d'argumenter en faveur de l'idée selon laquelle le gène du génome humain codant pour cette protéine est d'origine virale.

I. Le rôle de la syncytine (documents 3 et 4)

Dans le génome humain, le gène de la syncytine s'exprime à travers la synthèse d'une protéine, la syncytine. Le document 3a montre qu'en dehors d'une très faible expression dans le cerveau, le gène ne s'exprime que dans le placenta.

Le document 3b apporte des précisions et montre que la protéine syncytine est localisée dans les cellules de la paroi des villosités placentaires, surface d'échanges entre le sang maternel et celui du fœtus.

Les cellules qui constituent la paroi de ces villosités, en contact avec le sang maternel, présentent la caractéristique d'être fusionnées. Or, ces villosités sont d'origine fœtale. Le gène de la syncytine qui s'exprime à leur niveau est donc le gène fœtal.

L'existence de cellules fusionnées est indispensable aux échanges entre le fœtus et la mère. La corrélation syncytine-cellules fusionnées permet alors de faire l'hypothèse que la syncytine est responsable de la fusion cellulaire.

Le conseil de méthode

Repérez que l'information importante du document 3b est l'expression « cellules fusionnées » présente dans la légende et dans la note.

Les photographies A et B du document 4 permettent de vérifier cette hypothèse en comparant des cultures de cellules humaines où le gène de la syncytine ne s'exprime pas (A) à d'autres où il s'exprime (B). La photographie A présente des cellules humaines dispersées, isolées, alors que la photographie B permet de voir des cellules fusionnées, reconnaissables à leur grande taille et à l'existence de plusieurs noyaux au sein d'un même cytoplasme.

La syncytine favorise donc bien la fusion de cellules des villosités placentaires et est donc indispensable à la réalisation des échanges placentaires.

II. L'origine du gène de la syncytine dans le génome humain

A. Arguments tirés de la comparaison des génomes et des séquences des protéines (documents 1 et 2)

Le document 1 montre qu'il existe des similitudes entre la séquence du génome humain contenant le gène de la syncytine et celle du génome du virus MSRV : l'existence de séquences LTR et ENV communes.

Le document 2 montre que les séquences d'acides aminés de la syncytine humaine et d'une protéine de l'enveloppe du virus ont une forte similitude (87,3 %). La comparaison des séquences des acides aminés positionnés de 145 à 172 montre qu'elles ne diffèrent que par un seul acide aminé. Cela signifie que les deux protéines, et donc les deux gènes, sont homologues. Ceci est en accord avec l'idée que le gène ENV de la syncytine est issu d'un virus.

mot-clé

Des gènes homo­logues sont des gènes qui présentent une forte similitude dans leurs séquences traduisant leur origine commune à partir d'un gène ancestral.

B. Arguments tirés de la comparaison du rôle de la syncytine et de celui de la protéine virale ENV (document 4)

Les clichés C et D du document 4 permettent de comparer des cultures de cellules humaines ayant intégré (D) ou non (C) le gène ENV du virus. En C, les cellules sont isolées, alors qu'en D on observe des cellules fusionnées reconnaissables à leur taille et à la présence de nombreux noyaux.

Or, les données précisent que le gène humain de la syncytine est inactif ; il n'entre donc pas en jeu. La fusion des cellules photographiées en D est donc due à la protéine exprimée par le gène viral ENV.

Conclusion

La similitude des structures entre le gène viral et le gène de la syncytine ainsi que la similitude des propriétés de la syncytine et de la protéine virale ENV indiquent que le gène de la syncytine provient d'un génome viral. Ce sont les séquences LTR présentes chez le virus qui ont permis l'intégration de gènes viraux.

Le gène ENV viral est ensuite resté fonctionnel dans le génome humain, devenant le gène de la syncytine, et en a gardé les propriétés : provoquer la fusion cellulaire impliquée, chez l'être humain, dans le rôle du placenta.

à noter

Le gène ENV codant pour la syncytine est présent dans le génome de tous les grands singes (homme, chimpanzé, gorille, etc.). Cela signifie que ce gène viral provient d'un virus qui a parasité des cellules germinales d'une espèce ancestrale, ancêtre commun à ces grands singes.

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