Epigénétique

Expression créée au XIXe siècle, redéfinie par Conrad Waddington en 1942 dans son sens actuel, l’épigénétique désigne l’étude des influences de l’environnement cellulaire ou physiologique sur l’expression de nos gènes.

Pour prendre une métaphore, la génétique renvoie à l’écriture des gènes, l’épigénétique à leur lecture : un même gène pourra être lu différemment selon les circonstances.
La séquence des nucléotides (ADN) qui composent ces gènes n’est pas modifiée. En revanche, les protéines codées par ces gènes pourront être produites à des moments ou à des endroits différents suivant les marques épigénétiques qui sont présentes sur les gènes. Ces marques résultent de l’environnement d’un gène.

Qu’appelle-t-on l’environnement d’un gène ?

Chacune de nos cellules contient 20 000 à 30 000 gènes en double exemplaire (40 000 à 60 000 allèles). Avec les régions nécessaires à la production de protéines, ils ne représentent que 30 à 35 % de la molécule d’ADN. L’environnement des gènes est donc formé en premier lieu par les 65 à 70 % d’ADN dont la fonction est encore largement inconnue. Mais l’environnement des gènes, c’est aussi les protéines formant les chromosomes, la cellule (son noyau où sont logés les gènes, son cytoplasme, ses organites comme les mitochondries), le tissu, l’organe, l’individu… et l’ensemble des conditions de vie de l’individu, comme son alimentation, ses activités ou son lieu d’existence. Tout ce milieu au sens large, du plan moléculaire au plan écologique, est susceptible de modifier l’expression de nos gènes. Et l’épigénétique vise à comprendre les mécanismes à l’œuvre dans ce processus.

Comment est modulée l'expression d'un gène ?

L’accessibilité d’un gène dans une cellule, c’est-à-dire le fait que cette cellule soit capable d’utiliser ou non le gène pour fabriquer une protéine donnée, dépend notamment de modifications chimiques de l’ADN des séquences régulatrices de ce gène et des protéines qui entourent l’ADN (les histones).

Par exemple, des réactions enzymatiques comme la méthylation des séquences régulatrices ou la désacétylation des histones peuvent rendre un gène "silencieux", c’est-à-dire empêcher son expression. Ces réactions enzymatiques dépendent elles-mêmes de l’histoire particulière de chaque cellule et de son milieu.

C’est la raison pour laquelle un génome identique présent dans la cellule initiale d’un organisme (l’œuf fécondé devenant embryon) va s’exprimer différemment et produire les 200 familles cellulaires qui forment notre corps. De même, un gène n’aura pas forcément une expression identique selon qu’il a été transmis par le père ou par la mère : ce phénomène, appelé l’empreinte parentale, est de nature épigénétique.

Autre exemple : deux vrais jumeaux (monozygotes), dont le génome est donc strictement identique, ne vont pas nécessairement développer les mêmes comportements ni déclarer les mêmes maladies au cours de leur existence. Là encore, des modifications épigénétiques peuvent en partie expliquer ces discordances. Les gènes et les cellules sont particulièrement sensibles aux modifications environnementales au cours du développement embryonnaire et des premières années de la vie, mais les effets de l’environnement se produisent tout au long de l’existence.

Quels effets sur les organismes ?

On sait aujourd’hui que les processus chimiques très divers de l’épigénétique (acétylation, méthylation, phosphorylation, ubiquitinylation de la chromatine, modifications post-transcriptionnelles, etc.) jouent un rôle dans le développement de nombreuses maladies, donc le cancer, mais aussi dans des traits comme le comportement, le vieillissement ou la longévité des individus. Et des études récentes menées sur les végétaux ou les animaux suggèrent que certaines modifications épigénétiques acquises au cours de l’existence pourraient se transmettre aux descendants. Autant dire que l’épigénétique, domaine de recherche en pleine expansion depuis quelques années, est un des enjeux scientifiques et médicaux majeur de notre époque.

Pour aller plus loin

Expertises collectives

Tests génétiques - Questions scientifiques, médicales et sociétales (2008)

Communiqués de presse

• Un nouveau mode d'hérédité observé pour la première fois chez la souris (25 mai 2006) (34,6 ko)
• Syndrome de Silver-Russel : une anomalie épigénétique en cause dans plus de 50% des cas (2 septembre 2005) (31,8 ko)

Les associations de malades

Inserm-Associations - la base Inserm Associations

Revues

• Quelle place pour l’épigénétique ? (Michel Morange) (82,5 ko)
  M/S 2005, 21, 367-69
• L’épigénétique comme aspect de la post-génomique (François Képès) (222,5 ko)
  M/S 2005, 21, 371-76
• Epigénétique : la paramécie comme modèle d’étude (Eric Meyer, Janine Beisson) (212,0 ko)
  M/S 2005, 21, 377-83
• Variations sur le thème du code histone (Dominique Ray-Gallet et al.) (465,2 ko)
  M/S 2005, 21, 384-89
• Epigénétique et développement : l’empreinte parentale (Anne Gabory, Luisa Dandolo) (253,0 ko)
  M/S 2005, 21, 390-95
• Epigénomique nutritionnelle du syndrome métabolique (Claudine Junien et al.) (451,3 ko)
  M/S 2005, 21, 396/404
• Modifications épigénétiques et cancer (Sophie Deltour et al.) (340,4 ko)
  M/S 2005, 21, 405-11
• Reprogrammation et épigenèse (Nathalie Beaujean et al.) (405,5 ko)
  M/S 2005, 21, 412-21

Sites

Qu’est-ce que l’épigénétique?

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