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DECRYPTAGE - TOUT COMPRENDRE

Tout s'explique : qu'est-ce que l'épigénétique ?


Une cellule de peau ne ressemble en rien à une cellule de cœur, de la rétine ou de muscle. Et pourtant, chez un même individu, elles ont toutes le même ADN ! La clé de l’énigme se nomme épigénétique. Explications.

Publié le 25 mars 2021

​L'épigénétique, qu'est-ce que c'est ?

L’épigénétique met en musique la lecture ­ ou pas ­ des gènes portés par notre ADN. Il s’agit d’une machinerie complexe, faisant appel à de nombreux mécanismes, comme par exemple la fixation d’« étiquettes biochimiques » un peu partout sur notre ADN, qui va rendre les gènes accessibles au processus de lecture, ou au contraire en bloquer le mécanisme.

La plupart de ces marques sont durables : il faut bien qu’une cellule de peau n’oublie pas d’être une cellule de peau. D’autres sont transitoires, comme celles qui régulent les gènes liés aux rythmes du jour et de la nuit. Cette belle mécanique peut aussi se dérégler. On soupçonne ces dérèglements d’être impliqués dans des pathologies très variées : maladies inflammatoires, neurodégénératives, troubles psychiques, etc., voire dans certains cancers non liés à des mutations sur les gènes.

Petit précis de génétique

Notre ADN porte environ 25 000 gènes, qui sont les « cahiers d’instruction » de la fabrication de toutes nos protéines. C’est une longue et double chaîne constituée de 4 bases (cytosine, guanine, thymine et adénine) qui vient s’enrouler autour de grosses protéines appelées histones. Le tout forme une pelote plus ou moins compacte : la chromatine. Pour qu’un gène soit « lu », il faut que la pelote soit suffisamment déroulée pour le rendre accessible à la machinerie de lecture. Le gène peut alors être copié sous forme d’un brin d’ARN messager. Sa lecture permettra de fabriquer la protéine. 

Une machine sous influence... et qui influence

Bien que le consensus ne soit pas clairement établi au sein de la communauté scientifique, il semble que notre environnement, au sens large, ait une influence sur ces phénomènes épigénétiques. De nombreux facteurs (tabac, stress, alimentation, médicaments, exposition à des bactéries, virus, pesticide, polluants…) ont une action sur nos mécanismes épigénétiques, de manière plus ou moins marquée et durable. C’est le cas notamment du vieillissement : certaines marques épigénétiques, comme les méthylations de l'ADN qui régulent l'expression des gènes, diminuent progressivement dans le temps. Ou encore du tabac : les anciens fumeurs, par exemple, gardent des marques épigénétiques nocives pendant une vingtaine d’années.

Cette influence pourrait bien être réversible. L’élimination d’un grand nombre de facteurs environnementaux négatifs, comme le tabac ou une alimentation totalement déséquilibrée, pourrait par exemple conduire à un épigénome dans un meilleur état.

La transmission de l’épigénome est aussi étudiée par les chercheurs. Il semblerait en effet que des marques épigénétiques puissent se transmettre, notamment pendant la grossesse, au moment du développement de l’embryon. Elles pourraient aussi perdurer de génération en génération, un phénomène observé chez les plantes. La recherche sur les questions épigénétiques n’en est cependant qu’à ses débuts, et le débat sur la transmission de ces modifications épigénétiques acquises chez l’homme reste largement ouvert.


epigenetique-ruche.png

Un exemple :
l'épigénétique dans la ruche

Chez les abeilles, les ouvrières sont petites et stériles, tandis que l’unique reine est dodue, très féconde et vit plus longtemps. Tout vient de l’alimentation des larves : gelée royale pour la future reine, miel et pollen pour les autres. Ces deux régimes distincts induisent des modifications épigénétiques majeures qui font la différence !

L'épigénétique, comment ça marche ?

Les processus épigénétiques permettent à un même ADN d’être utilisé différemment d’une cellule à une autre. Ils ne modifient pas les gènes, mais sont capables de les rendre silencieux, ou au contraire disponibles, c’est-à-dire accessibles à la machinerie permettant leur lecture. Ceci grâce à toute une série de stratagèmes, parmi lesquels l’ajout de petits groupes chimiques.

Zoom sur les processus épigénétiques

ReportageL'épigénétique à la loupe
  • Des histones modifiées
    Des marqueurs épigénétiques, sous la forme de petits groupes chimiques (acétyle, méthyle, phosphoryle, etc.), peuvent se fixer sur les queues des histones. En gênant ou favorisant l’enroulement de l’ADN autour de ces histones, ils modulent l’accessibilité des gènes.
    Crédits photo : CEA/Jérémy Perrodeau
    Des histones modifiéesAfficher en plein écran
  • L’ADN méthylé
    85 % de notre ADN est « méthylé », par la fixation de groupements méthyle sur les cytosines (C), lorsqu’elles sont suivies d’une guanine (G). Les deux tiers des promoteurs de gènes sont en revanche non méthylés. Toutes ces étiquettes vont gêner ou faciliter la lecture de l’ADN.
    Crédits photo : CEA/Jérémy Perrodeau
    L’ADN méthyléAfficher en plein écran
  • De longs brins d’ARN multi-tâches
    Il existe des ARN dits non codants (non issus de la copie de gènes). Certains d’entre eux, suffisamment longs, interviennent dans la régulation de la lecture des gènes : en interférant avec le compactage de la chromatine, en inactivant de grandes régions génomiques, en se liant aux ARN messagers, formant ainsi des ARN double brin appelés à être détruits, etc.
    Crédits photo : CEA/Jérémy Perrodeau
    De longs brins d’ARN multi-tâchesAfficher en plein écran
  • Des microARN qui se baladent
    Les microARN interviennent à un autre niveau : ils se lient aux ARN messagers et bloquent la synthèse des protéines, modifiant ainsi notre métabolisme.
    Des microARN qui se baladentAfficher en plein écran


Le saviez-vous ?

  • La modification des histones, tout comme la production et l’action des microARN, sont des phénomènes très dynamiques et transitoires, intervenant rapidement après un événement (ingestion d’un aliment, stress, etc.). La méthylation de l’ADN est en revanche bien plus lente. Durable, elle vient figer un état. Elle est en général transmise lors des divisions cellulaires. Selon les cas, elle peut être réversible, ou héréditaire.
  • Dans chaque type de cellule, de peau par exemple, l’information génétique nécessaire à son fonctionnement est toujours accessible, dans des zones où la chromatine est peu condensée. Les autres gènes, inutiles, sont enfouis dans la partie compactée de la chromatine.
  • Sans méthionine, pas de méthylation ! Cet acide aminé présent dans toutes les protéines vient de notre alimentation. Les groupements méthyle qu’il porte vont être transférés à une multitude de molécules cibles de notre organisme, incluant notre ADN et nos histones, via des cycles biochimiques complexes. C’est un processus vital, qui se produit en nous jusqu’à un milliard de fois par seconde.


Cette infographie est extraite des Défis du CEA n°242. Pour en savoir plus découvrez l'intégralité du numéro.

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