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Novel protein-coding genes can arise either through re-organization of pre-existing genes or de novo. Processes involving re-organization of pre-existing genes, notably after gene duplication, have been extensively described. In contrast, de novo gene birth remains poorly understood, mainly because translation of sequences devoid of genes, or 'non-genic' sequences, is expected to produce insignificant polypeptides rather than proteins with specific biological functions. Here we formalize an evolutionary model according to which functional genes evolve de novo through transitory proto-genes generated by widespread translational activity in non-genic sequences. Testing this model at the genome scale in Saccharomyces cerevisiae, we detect translation of hundreds of short species-specific open reading frames (ORFs) located in non-genic sequences. These translation events seem to provide adaptive potential, as suggested by their differential regulation upon stress and by signatures of retention by natural selection. In line with our model, we establish that S. cerevisiae ORFs can be placed within an evolutionary continuum ranging from non-genic sequences to genes. We identify ~1,900 candidate proto-genes among S. cerevisiae ORFs and find that de novo gene birth from such a reservoir may be more prevalent than sporadic gene duplication. Our work illustrates that evolution exploits seemingly dispensable sequences to generate adaptive functional innovation.

Le séquençage du génome humain et l'émergence de nouvelles technologies de génomique à haut débit, ont initié de nouveaux modèles d'investigation pour l'analyse systématique des maladies humaines. Actuellement, nous pouvons tenter de comprendre les maladies tel que le cancer avec une perspective plus globale, en identifiant des gènes responsables des cancers et en étudiant la manière dont leurs produits protéiques fonctionnent dans un réseau d’interactions moléculaires. Dans ce contexte, nous avons collecté les gènes spécifiquement liés à la Leucémie Lymphoblastique Aiguë (LLA), et identifié de nouveaux partenaires d'interaction qui relient ces gènes clés associés à la LLA tels que NOTCH1, FBW7, KRAS et PTPN11, dans un réseau d’interactions. Nous avons également tenté de prédire l’impact fonctionnel des variations génomiques tel que des fusions de gènes impliquées dans LLA. En utilisant comme modèles trois différentes translocations chromosomiques ETV6-RUNX1 (TEL-AML1), BCR-ABL1, et E2A-PBX1 (TCF3-PBX1) fréquemment identifiées dans des cellules B LLA, nous avons adapté une approche de prédiction d’oncogènes afin de prédire des perturbations moléculaires dans la LLA. Nous avons montré que les circuits transcriptomiques dépendant de Myc et JunD sont spécifiquement dérégulés suite aux fusions de gènes TEL-AML1 et TCF3-PBX1, respectivement. Nous avons également identifié le mécanisme de transport des ARNm dépendant du facteur NXF1 comme une cible directe de la protéine de fusion TCF3-PBX1. Grâce à cette approche combinant les données interactomiques et les analyses d'expression génique, nous avons fourni un nouvel aperçu à la compréhension moléculaire de la Leucémie Lymphoblastique Aiguë., Doctorat en Sciences, info:eu-repo/semantics/published