Vous êtes ici : Accueil > Découvrir et Comprendre > Les thèmes > L'ADN et la médecine génomique personnalisée

L'essentiel sur | Santé & sciences du vivant | ADN | Génomique | Métagénomique | Epigénétique


L'essentiel sur...

L'ADN et la médecine génomique personnalisée

Publié le 29 juin 2017

Chaque individu est unique. Les particularités de chacun sont essentiellement explicables par l’ADN qui, comme un plan d’architecte, codifie tout notre organisme. Mais il n’est pas figé et peut évoluer sous l’influence de son environnement.  L’ADN code également les risques de développer certaines maladies. Il impacte l’efficacité de certains traitements, notamment contre le cancer. Sa prise en compte dans la médecine constitue un enjeu majeur pour adapter les traitements en fonction des dispositions génétiques de chacun. C’est ce qu’on appelle la médecine génomique personnalisée. Mais la connaissance de l’ADN des individus n’est pas le seul facteur à considérer pour comprendre notre organisme. De plus, elle pose de nombreuses questions éthiques.

​Qu’est-ce que l’ADN ?

L’ADN se trouve dans la plus petite unité du vivant : la cellule. En son cœur est rassemblé l’ensemble de nos caractères héréditaires : le génome. Une molécule d’ADN ressemble à une échelle qui s’enroule sur elle-même. Chaque barreau de cette échelle est constitué de deux petites molécules différentes, appelées bases ou nucléotides. On en dénombre 4 différentes : adénine (A), thymine (T), cytosine (C) et guanine (G). Elles sont dites complémentaires car elles s’apparient toujours de la même façon (A avec T et C avec G). Ce code génétique est universel à tous les êtres vivants.

Déroulé, l’ADN mesurerait 1 mètre de haut et serait 1 000 fois plus fin qu’un cheveu. Lors de la division cellulaire, l’ADN se compacte et s’organise en bâtonnets, appelés chromosomes. Leur nombre varie d’une espèce à l’autre. L'Homme possède 46 chromosomes répartis en 23 paires : 22 paires d'autosomes et 1 paire de gonosomes ou chromosomes sexuels, appelés X et Y. Les hommes possèdent un chromosome X et un chromosome Y. Les femmes possèdent 2 chromosomes X. Par comparaison, le riz possède 24 chromosomes et la mouche 8. L’analyse des chromosomes humains permet par exemple de connaître le sexe d’un individu ou de déceler certaines maladies génétiques comme la trisomie 21 (possession de 3 copies du chromosome 21).

Historique des découvertes et avancées sur l’ADN et la génétique

La découverte de la structure de l’ADN a lieu dans les années 50. Il faudra pourtant attendre 2003 pour réussir à déchiffrer entièrement tout l’ADN du génome humain. Aujourd’hui les progrès réalisés dans les technologies de séquençage permettent de développer une médecine génomique personnalisée.

Découvrez en animation-vidéo l’histoire des principales avancées dans le domaine de l’ADN et de la génétique.


VidéoLa découverte de l'ADN



A quoi sert l’ADN ?

Certains enchainements de nucléotides dans l’ADN fournissent des instructions qui commandent la synthèse de protéines ; ce sont les gènes.  Unités de base de l’hérédité, ils déterminent ce que nous sommes et comment nous fonctionnons (couleur des yeux, groupe sanguin…). Il en existe environ 21 000 chez l’Homme. La plupart des gènes code une protéine et le rôle qu’elle jouera dans l’organisme. Certaines participent au transport, à la signalisation cellulaire… D’autres, comme les enzymes, catalysent des réactions chimiques. Les gènes peuvent être comparés aux parties d’un plan d’un architecte de notre organisme.


VidéoQu'est ce que la génomique ?


Qu’est-ce que l’épigénétique ?

Comment expliquer la différence entre une cellule du foie et un neurone alors que toutes les deux renferment le même patrimoine génétique ? Par l’épigénétique, science qui établit le lien entre les caractères observables (phénotypes) et l’ensemble des gènes (génotypes). Pour faire un parallèle, si l’organisme vivant était  une voiture ; la génétique serait l’établi sur lequel sont exposées toutes les pièces mécaniques et l’épigénétique la chaîne d’assemblage des différents éléments. Ainsi, l’épigénétique joue le rôle de chef d’orchestre en indiquant pour chaque gène à quel moment et dans quel tissu il doit s’exprimer.

Suite à la découverte des premiers mécanismes épigénétiques qui régulent l’expression des gènes, les chercheurs ont appris à désactiver l’expression d’un gène à des fins thérapeutiques.

Complémentaire à la génétique, l’épigénétique donne une vue plus complète de la machinerie cellulaire et révèle une surprenante complexité dans les régulations de l’expression génique. Elle ouvre des perspectives dans la compréhension et le traitement de nombreuses maladies.

Qu’est-ce qu’une mutation de l’ADN ?

L’ADN code tous les organismes vivants. Avec le temps, il peut évoluer lors de la création de nouvelles cellules ou en réponse à son environnement.

Lorsqu’elle se divise, la cellule déclenche le processus de réplication de l’ADN pour en obtenir une copie. De temps en temps, le système produit quelques erreurs : ce sont les mutations. Le plus souvent, elles sont sans conséquence, puisqu’elles ont lieu dans les 98% du génome qui ne codent pas pour la synthèse d’une protéine (ADN non-codant ayant d’autres fonctions comme la régulation de l’expression des gènes).
D’autres mutations, en revanche, peuvent modifier la composition ou la quantité d’une protéine et être à l’origine d’une maladie génétique.

D’autres sources, environnementales ou liées aux activités de l’Homme, peuvent également modifier l’ADN.

Les facteurs mutagènes sont :

  • Biologiques. Dans la nature il existe des agents biologiques particulièrement efficaces, les virus, dont certains peuvent tuer.

  • Physiques. Les rayons UV, X et la radioactivité sont des agents physiques qui adoptent une méthode radicale : ils cassent la molécule d’ADN.

  • Chimiques. Ils sont très nombreux, par exemple : le benzopyrène, présent dans la fumée de cigarette, le trichloréthylène, utilisé comme solvant dans les pressings...


Qu’est-ce que la métagénomique ?

Le génome donne de nombreuses informations sur un individu. Cependant, le fonctionnement de nos cellules et de notre corps est également influencé par les quelques centaines de milliards de bactéries qui le colonisent. L’ADN de toutes ces bactéries correspond au métagénome.

L’analyse du métagénome d’un individu est importante car celui-ci influence le développement de certaines maladies comme le diabète, l’obésité ou encore certains cancers. De nouvelles thérapies reposent sur la métagénomique pour soigner certains cancers.


La médecine génomique personnalisée

Identifier les gènes responsables de certaines maladies

Pour mieux soigner les maladies, il est nécessaire de connaître leurs causes. Analyser l’ADN pour trouver les gènes qui en sont responsables permet des diagnostics et pronostics (prévision de l’évolution d’une maladie) plus sûrs.

En 2016, les gènes responsables de plus de la moitié des 7 275 maladies monogéniques (maladie provoquée par la mutation d’un seul gène) recensées ont été identifiés. Ces performances ont été rendues possibles grâce au perfectionnement en temps et coût du séquençage et du génotypage de l’ADN. Pour que cette identification soit pertinente, il est nécessaire de rassembler une importante base de données de génomes de personnes saines ou malades afin de séquencer, analyser et comparer les données.

Adapter les traitements aux gènes des individus

Depuis peu, la médecine se rend compte des limites de donner le même traitement à différents patients atteints d’une même maladie. Les taux de réponse aux traitements traditionnels varient entre 20 et 80 %. Les différences génétiques individuelles peuvent être plus ou moins responsables de l’efficacité des traitements.

Dans le cadre du traitement du cancer, les différents traitements possibles pourront être testés sur les cellules tumorales du patient. Séquencer les tumeurs peut également permettre de trouver le traitement le plus efficace.

En juin 2016, la France se lance officiellement dans la bataille mondiale de la médecine génomique personnalisée avec le plan « France Médecine Génomique 2025 ».  Ce dernier vise notamment à intégrer le séquençage de l’ADN dans la prise en charge des patients. Pour cela, le plan prévoit de déployer un réseau de douze plateformes de séquençage à haut débit du génome couvrant l’ensemble du territoire.


VidéoQu'est-ce que la médecine génomique personalisée ?



Les enjeux de la médecine génomique personnalisée

La médecine génomique suscite de nombreux espoirs. A court/moyen terme, elle révolutionnera la médecine en donnant les bons traitements ciblés directement sur le patrimoine génétique. A plus long terme, elle permettra également, en comprenant les mécanismes génétiques à l’origine des maladies monogéniques, de développer de nouvelles thérapies qui corrigent l’ADN pour soigner les cellules malades.

Le développement de la médecine génomique personnalisée pose également de nombreuses questions pratiques et éthiques.

D’un point de vue pratique :

  • Pour fonctionner correctement, la médecine génomique nécessite un nombre important de séquençages d’ADN de personnes saines et malades. C’est uniquement par de larges études qu’il sera possible d’identifier les marqueurs génétiques qui permettront de proposer des traitements adaptés aux patients.

  • La seule compréhension du génome humain ne suffit pas. L’être humain est un écosystème constitué de son génome mais aussi du génome des bactéries qui le colonisent. Pour progresser dans la médecine génomique personnalisée, il faut également prendre en compte la métagénomique et l’épigénétique (mécanismes qui agissent sur l’expression de l’ADN). Là encore, l’analyse poussée des données d’un grand nombre de patients sera nécessaire.

  • L’entrée de la génétique dans l’ère du big data requiert l’acquisition de supercalculateurs et d’algorithmes pour pouvoir traiter d’énormes bases de données.

  • La sécurité des données est un dernier enjeu si on cherche à constituer une importante base de données de génomes humains.


D’un point de vue éthique :

  • Les pratiques doivent être encadrées afin d’éviter certaines dérives comme le choix de gènes ou de gamètes lors de la procréation médicalement assistée par exemple.

  • L’analyse de l’ADN permet de connaître les prédispositions génétiques d’un individu sur de nombreuses maladies. Mais on peut se demander s’il est préférable de vivre dans l’ignorance ou de connaître les risques de développer une maladie génétique ? Actuellement, en France, seuls des tests ciblés sur des gènes qui pourraient être responsables de maladies sont réalisés sur prescription médicale.





AnimationQuiz sur l'ADN et la génomiqueAfficher en plein écran








NOTIONS CLÉS

  • L'ADN se trouve dans les cellules du vivant et rassemble l’ensemble de nos caractères héréditaires : le génome.

  • L'ADN se compacte et s’organise en bâtonnets, appelés chromosomes.


    • Le séquençage consiste à lire l’ADN contenu dans le noyau des cellules. Pour cela, des appareils, appelés séquenceurs, déterminent l’ordre des molécules qui constituent l’ADN, les bases A, T, G et C.



  • L’épigénétique est la science qui établit le lien entre les caractères observables (phénotypes) et l’ensemble des gènes (génotypes).

  • Le fonctionnement de nos cellules et de notre corps est influencé par les quelques centaines de milliards de bactéries qui le colonisent. L’ADN de toutes ces bactéries correspond au métagénome.



    • Les différences génétiques individuelles peuvent être plus ou moins responsables de l’efficacité des traitements.









    Salle de séquenceurs X5

    Le Centre national de recherche en génomique humaine (CNRGH) du CEA a acquis, en partie grâce au soutien de France Génomique, cinq séquenceurs Illumina de pointe, connus sous le nom de X5. C'est la plateforme de séquençage la plus importante en France. La mission du CNRGH est de mettre à la disposition de la communauté scientifique ce fort potentiel de séquençage. © F.Rhodes/CEA











    Génome et
    environnement

    Il existe une relation étroite entre le génome et l’environnement. D’un côté, un même environnement aura des conséquences variables en fonction de l’ADN de chacun. Et par ailleurs, l’expression du génome peut changer en réponse à l’environnement.






    Préparation automatisée d'échantillons d'ADN

    Préparation automatisée d'échantillons d'ADN. © F.Rhodes/CEA








    Stockage des cellules dans l'azote liquide, à - 196 °C.

    Stockage des cellules dans l'azote liquide, à - 196 °C. © F.Rhodes/CEA





    VidéoPourquoi cherchez-vous, Jean-François Deleuze ?
























    Infographie sur la médecine génomique personnalisée






    Le séquençage
    des centenaires

    Traditionnellement, la génétique cherche à identifier des facteurs de prédisposition génétiques qui seraient responsables d’une maladie. Avec l’analyse du génome de centenaires et supercentenaires (personnes âgées de plus de 110 ans) en bonne santé, l’approche est différente. Les chercheurs font l’hypothèse qu’il existe dans le génome de ces individus des gènes protecteurs aux maladies et associés à la longévité. Pour identifier ces gènes, il est nécessaire de séquencer de nombreux centenaires et de comparer leur génome à celui d’individus nés à la même époque mais non centenaires.