Épigénétique: définition, fonctionnement, exemples

L'information génétique d'un organisme est codée dans l'ADN des chromosomes de l'organisme, mais d'autres influences sont à l'œuvre. le séquences d'ADN constituant un gène peuvent ne pas être actifs, ou ils peuvent être bloqués. Les caractéristiques d'un organisme sont déterminées par ses gènes, mais si les gènes créent réellement la caractéristique codée est appelé l'expression du gène.

De nombreux facteurs peuvent influencer l'expression des gènes, déterminant si le gène produit sa caractéristique du tout ou parfois seulement faiblement. Lorsque l'expression des gènes est influencée par des hormones ou des enzymes, le processus est appelé régulation des gènes.

Épigénétique étudie la biologie moléculaire de la régulation des gènes et l'autre influences épigénétiques sur l'expression des gènes. Fondamentalement, toute influence qui modifie l'effet des séquences d'ADN sans changer le code ADN est un sujet pour l'épigénétique.

Épigénétique est le processus par lequel les instructions génétiques contenues dans le

Un gène s'exprime en faisant une copie de lui-même et en envoyant la copie dans la cellule pour produire la protéine codée dans ses séquences d'ADN. La protéine, seule ou en combinaison avec d'autres protéines, produit une caractéristique spécifique de l'organisme. Si le gène est bloqué dans la production de la protéine, la caractéristique de l'organisme n'apparaîtra pas.

L'épigénétique examine comment le gène peut être empêché de produire sa protéine et comment il peut être réactivé s'il est bloqué. Parmi les nombreux mécanismes épigénétiques qui peuvent influencer l'expression des gènes sont les suivants :

• Désactivation le gène.
• Arrêter le gène de faire une copie.
• Arrêter le gène copié de produire la protéine.
• Bloquer le fonction de la protéine.
• Rompre la protéine avant qu'elle ne puisse fonctionner.

L'épigénétique étudie comment les gènes sont exprimés, ce qui influence leur expression et les mécanismes qui contrôlent les gènes. Il examine la couche d'influence au-dessus de la couche génétique et comment cette couche détermine changements épigénétiques à quoi ressemble un organisme et comment il se comporte.

Bien que toutes les cellules d'un organisme aient le même génome, les cellules assument des fonctions différentes en fonction de la façon dont elles régulent leurs gènes. Au niveau de l'organisme, les organismes peuvent avoir le même code génétique mais avoir une apparence et un comportement différents. Dans le cas des humains, par exemple, des jumeaux identiques ont le même génome humain mais auront une apparence et un comportement légèrement différents, selon altérations épigénétiques.

Ces effets épigénétiques peuvent varier en fonction de nombreux facteurs internes et externes, notamment les suivants :

• Les hormones
• Facteurs de croissance
• Neurotransmetteurs
• Facteurs de transcription
• Stimulations chimiques
• Stimulations environnementales
  

Chacun de ceux-ci peut être des facteurs épigénétiques qui favorisent ou perturbent l'expression des gènes dans les cellules. Tel contrôle épigénétique est une autre façon de réguler l'expression des gènes sans changer le code génétique sous-jacent.

Dans chaque cas, l'expression globale des gènes est modifiée. Les facteurs internes et externes sont soit nécessaires à l'expression des gènes, soit ils peuvent bloquer l'une des étapes. Si un facteur requis tel qu'une enzyme nécessaire à la production de protéines est absent, la protéine ne peut pas être produite.

Si un facteur de blocage est présent, l'étape d'expression génique correspondante ne peut pas fonctionner et l'expression du gène concerné est bloquée. L'épigénétique signifie qu'un trait codé dans les séquences d'ADN d'un gène peut ne pas apparaître dans l'organisme.

Le génome est codé dans de longues molécules minces de séquences d'ADN qui doivent être étroitement enroulées dans une structure de chromatine compliquée pour s'intégrer dans de minuscules noyaux cellulaires.

Pour exprimer un gène, l'ADN est copié via un mécanisme de transcription. La partie d'un double hélice d'ADN qui contient le gène à exprimer se déroule légèrement et une molécule d'ARN fait une copie des séquences d'ADN constituant le gène.

Les molécules d'ADN sont enroulées autour de protéines spéciales appelées histones. Les histones peuvent être modifiées pour que l'ADN soit enroulé plus ou moins étroitement.

Tel modifications des histones Les molécules d'ADN peuvent être si étroitement enroulées que le mécanisme de transcription, composé d'enzymes et d'acides aminés spéciaux, ne peut pas atteindre le gène à copier. Limiter l'accès à un gène par la modification des histones entraîne un contrôle épigénétique du gène.

En plus de limiter l'accès aux gènes, les protéines histones peuvent être modifiées pour se lier plus ou moins étroitement aux molécules d'ADN enroulées autour d'elles dans le chromatine structure. De telles modifications d'histones affectent le mécanisme de transcription dont la fonction est de faire une copie d'ARN des gènes à exprimer.

Les modifications des histones qui affectent l'expression des gènes de cette manière sont les suivantes :

• Méthylation - ajoute un groupe méthyle aux histones, augmentant la liaison à l'ADN et réduisant l'expression des gènes.
• Phosphorylation - ajoute des groupes phosphate aux histones. L'effet sur l'expression des gènes dépend de l'interaction avec la méthylation et l'acétylation.
• Acétylation - l'acétylation des histones réduit la liaison et régule positivement l'expression des gènes. Les groupes acétyle sont ajoutés avec des histones acétyltransférases (HAT).
• Désacétylation - élimine les groupes acétyle, augmente la liaison et réduit l'expression des gènes avec l'histone désacétylase.

Lorsque les histones sont modifiées pour augmenter la liaison, le code génétique d'un gène spécifique ne peut pas être transcrit et le gène n'est pas exprimé. Lorsque la liaison est réduite, davantage de copies génétiques peuvent être faites, ou elles peuvent être faites plus facilement. Le gène spécifique est alors exprimé de plus en plus de sa protéine codée est produite.

Une fois les séquences d'ADN d'un gène copiées dans un séquence d'ARN, les Molécule d'ARN quitte le noyau. La protéine codée dans la séquence génétique peut être produite par de petites usines cellulaires appelées ribosomes.

La chaîne des opérations est la suivante :

1. Transcription de l'ADN en ARN
2. La molécule d'ARN quitte le noyau
3. L'ARN trouve des ribosomes dans la cellule
4. Traduction de séquences d'ARN en chaînes protéiques
5. Production de protéines

Les deux fonctions clés d'une molécule d'ARN sont la transcription et la traduction. En plus de l'ARN utilisé pour copier et transférer les séquences d'ADN, les cellules peuvent produire ARN d'interférence ou alors ARNi. Ce sont de courts brins de séquences d'ARN appelés ARN non codant car ils n'ont pas de séquences qui codent pour des gènes.

Leur fonction est d'interférer avec la transcription et la traduction, réduisant l'expression des gènes. De cette façon, l'ARNi a un effet épigénétique.

Au cours de la méthylation de l'ADN, des enzymes appelées ADN méthyltransférases attachent des groupes méthyle aux molécules d'ADN. Pour activer un gène et démarrer le processus de transcription, une protéine doit se fixer à la molécule d'ADN près du début. Les groupes méthyle sont placés aux endroits où une protéine de transcription se fixerait normalement, bloquant ainsi la fonction de transcription.

Lorsque les cellules se divisent, les séquences d'ADN du génome de la cellule sont copiées dans un processus appelé Réplication de l'ADN. Le même processus est utilisé pour créer sperme et les ovules dans les organismes supérieurs.

De nombreux facteurs qui régulent l'expression des gènes sont perdus lorsque l'ADN est copié, mais une grande partie des schémas de méthylation de l'ADN sont répliqués dans les molécules d'ADN copiées. Cela signifie que la régulation de l'expression des gènes causée par La méthylation de l'ADN peut être héritée même si les séquences d'ADN sous-jacentes restent inchangées.

Parce que la méthylation de l'ADN répond à des facteurs épigénétiques tels que l'environnement, l'alimentation, les produits chimiques, le stress, la pollution, choix de mode de vie et rayonnement, les réactions épigénétiques de l'exposition à de tels facteurs peuvent être héritées par l'ADN méthylation. Cela signifie qu'en plus des influences généalogiques, un individu est façonné par le comportement des parents et les facteurs environnementaux auxquels ils ont été exposés.

Les cellules ont des gènes qui favorisent la division cellulaire ainsi que des gènes qui suppriment la croissance cellulaire rapide et incontrôlée, comme dans les tumeurs. Les gènes qui causent la croissance des tumeurs sont appelés oncogènes et ceux qui préviennent les tumeurs sont appelés gènes suppresseurs de tumeurs.

Les cancers humains peuvent être causés par l'expression accrue d'oncogènes couplée à l'expression bloquée de gènes suppresseurs de tumeurs. Si le modèle de méthylation de l'ADN correspondant à cette expression génique est hérité, la progéniture peut avoir une susceptibilité accrue au cancer.

Dans le cas de cancer colorectal, un mauvais schéma de méthylation de l'ADN peut être transmis des parents à la progéniture. Selon une étude et un article de 1983 d'A. Feinberg et B. Vogelstein, le modèle de méthylation de l'ADN des patients atteints de cancer colorectal a montré une méthylation accrue et un blocage des gènes suppresseurs de tumeurs avec une méthylation réduite des oncogènes.

L'épigénétique peut également être utilisée pour aider traiter les maladies génétiques. Dans le syndrome de l'X fragile, il manque un gène du chromosome X qui produit une protéine régulatrice clé. L'absence de la protéine signifie que la protéine BRD4, qui inhibe le développement intellectuel, est produite en excès de façon incontrôlée. Des médicaments qui inhibent l'expression de BRD4 peuvent être utilisés pour traiter la maladie.

L'épigénétique a une influence majeure sur la maladie, mais elle peut également affecter d'autres traits de l'organisme tels que le comportement.

Dans une étude de 1988 à l'Université McGill, Michael Meany a observé que les rats dont les mères prenaient soin d'eux en les léchant et en leur prêtant attention devenaient des adultes calmes. Les rats dont les mères les ignoraient sont devenus des adultes anxieux. Une analyse du tissu cérébral a montré que le comportement des mères provoquait des changements dans le méthylation des cellules du cerveau chez les bébés rats. Les différences dans la progéniture des rats étaient le résultat d'effets épigénétiques.

D'autres études ont examiné les effets de la famine. Lorsque les mères étaient exposées à la famine pendant la grossesse, comme ce fut le cas en Hollande en 1944 et 1945, leur les enfants avaient une incidence plus élevée d'obésité et de maladie coronarienne que les mères non exposées à famine. Les risques plus élevés ont été attribués à une méthylation réduite de l'ADN d'un gène produisant un facteur de croissance semblable à l'insuline. Tel effets épigénétiques peut être hérité sur plusieurs générations.

Les effets du comportement qui peuvent être transmis des parents aux enfants et au-delà peuvent inclure ce qui suit :

• Le régime alimentaire des parents peut influencer la santé mentale de la progéniture.
• L'exposition environnementale à la pollution chez les parents peut affecter l'asthme de l'enfant.
• Les antécédents nutritionnels de la mère peuvent affecter la taille du nourrisson à la naissance.
• La consommation excessive d'alcool par le parent mâle peut provoquer une agression chez la progéniture.
• L'exposition des parents à la cocaïne peut affecter la mémoire.

Ces effets sont le résultat de changements dans la méthylation de l'ADN transmis à la descendance, mais si ces facteurs peuvent modifier la méthylation de l'ADN chez les parents, les facteurs vécus par les enfants peuvent modifier leur propre ADN méthylation. Contrairement au code génétique, la méthylation de l'ADN chez les enfants peut être modifiée par le comportement et l'exposition environnementale plus tard dans la vie.

Lorsque la méthylation de l'ADN est affectée par le comportement, les marques de méthyle sur l'ADN où les groupes méthyle peuvent se fixer peuvent changer et influencer l'expression des gènes de cette manière. Bien que de nombreuses études portant sur l'expression des gènes datent d'il y a de nombreuses années, ce n'est que plus récemment que les résultats ont été reliés à une volume croissant de recherche épigénétique. Cette recherche montre que le rôle de l'épigénétique peut avoir une influence aussi puissante sur les organismes que le code génétique sous-jacent.