Patterns of asymmetric DNA sequence evolution
Etude des patrons d'évolution asymétrique dans les séquences d'ADN
Résumé
This thesis analyses the effect of two essential cellular mechanisms, replication and transcription, on the base composition of DNA sequences. These two processes function asymmetrically on the two DNA strands, and they have as a consequence an asymmetric nucleotide composition in genomic sequences. Moreover, they act in a coordinated manner on genomes, thus the estimation of their respective effects can be difficult.
First, we studied the co-orientation between replication and transcription in prokaryotes. We proposed a method for the study of base composition biases which can separate these two sources of asymmetry. We show that the effect of replication on base composition can be highly variable even between closely related species.
We then studied the substitution pattern in transcribed regions and around replication origins, in human, with special emphasis on the effect of the 5'-3' nucleotide context. Patterns of context-dependent asymmetric substitutions are similar for replication and transcription. The variation of substitution rate with the expression pattern suggests the presence of context-dependent asymmetric repair mechanisms.
We proposed a computational approach for the study of the substitution pattern in microsatellites. We prove that transcribed microsatellites are subject to asymmetric evolution.
First, we studied the co-orientation between replication and transcription in prokaryotes. We proposed a method for the study of base composition biases which can separate these two sources of asymmetry. We show that the effect of replication on base composition can be highly variable even between closely related species.
We then studied the substitution pattern in transcribed regions and around replication origins, in human, with special emphasis on the effect of the 5'-3' nucleotide context. Patterns of context-dependent asymmetric substitutions are similar for replication and transcription. The variation of substitution rate with the expression pattern suggests the presence of context-dependent asymmetric repair mechanisms.
We proposed a computational approach for the study of the substitution pattern in microsatellites. We prove that transcribed microsatellites are subject to asymmetric evolution.
Cette thèse étudie l'effet de deux processus cellulaires essentiels, la réplication et la transcription, sur la composition en nucléotides des séquences d'ADN. Ces mécanismes ont un fonctionnement asymétrique par rapport aux deux brins d'ADN, et ils ont comme conséquence une composition asymétrique dans les séquences.
Nous avons étudié la co-orientation entre réplication et transcription chez les procaryotes. Nous proposons une méthode pour l'étude des biais de composition qui découple ces deux sources d'asymétrie. Nous montrons que les biais associés à la réplication sont très variables, même entre espèces proches.
Nous avons ensuite analysé le patron de substitution dans les régions transcrites et autour des origines de réplication du génome humain, et notamment l'effet du contexte 5'-3'. Les biais de voisinage sont similaires pour l'asymétrie associée à la réplication et à la transcription. La variation des taux de substitutions en fonction du patron d'expression des gènes suggère qu'un biais de réparation asymétrique et contexte-dépendant pourrait être en jeu.
Enfin, nous avons proposé une méthode de calcul du patron de substitution dans des séquences à composition biaisée: les microsatellites. Nous avons démontré que les microsatellites transcrits sont sujets au mêmes processus asymétriques que les régions non-répétées.
Nous avons étudié la co-orientation entre réplication et transcription chez les procaryotes. Nous proposons une méthode pour l'étude des biais de composition qui découple ces deux sources d'asymétrie. Nous montrons que les biais associés à la réplication sont très variables, même entre espèces proches.
Nous avons ensuite analysé le patron de substitution dans les régions transcrites et autour des origines de réplication du génome humain, et notamment l'effet du contexte 5'-3'. Les biais de voisinage sont similaires pour l'asymétrie associée à la réplication et à la transcription. La variation des taux de substitutions en fonction du patron d'expression des gènes suggère qu'un biais de réparation asymétrique et contexte-dépendant pourrait être en jeu.
Enfin, nous avons proposé une méthode de calcul du patron de substitution dans des séquences à composition biaisée: les microsatellites. Nous avons démontré que les microsatellites transcrits sont sujets au mêmes processus asymétriques que les régions non-répétées.
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