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Fiche réponse de la FA11 sous forme de Genially

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Thème 1 : La Terre, la vie et l'organisation du vivant

Partie A : Transmission, variation et expression du patrimoine génétique

Chapitre 5 : L'expression du patrimoine génétique

brachet
Genially crée par Mme Quincé & Mme Hamel, lycée Jean Zay (45)
Utilisation du logiciel GenieGen2 de P. Cosentino & P. Pillot

Utilisation du logiciel Libmol de P. Pillot

Utilisation des outilsScape

Images libres de droit ( Wikipedia) ou Manuel Bordas

Introduction

Un gène est une portion d'ADN, c'est à dire une séquence de nucléotides qui permet la synthèse d'une protéine : on dit qu'il code une protéine. La molécule d'ADN ne peut pas sortir du noyau car la taille de sa double hélice est supérieure aux pores de l'enveloppe nucléaire. Cependant, les protéines qui sont formées par une succession d'acides aminés sont synthétisées dans le cytolasme des cellules.

Problème : Comment un gène présent dans le noyau permet-il la synthèse d'une protéine dans le cytoplasme ?

Consigne : A l'aide des documents fournis dans ce genially et des résultats obtenus lors de l'expérience de Brachet, réponds au problème posé.

Remarque : les schémas bilans seront complétés au fur et à mesure de ton avancée dans l'activité

Plan de l'activité

III - Transcription : passage d'une séquence d'ADN à une séquence d'ARN

V - Traduction : passage de l'ARN m à la protéine

II - Différences entre l'ADN et l'ARN

IV - Maturation de l'ARN

VI - Bilan : Synthèse d'une protéine

I - Localisation des acides nucléiques de la cellule

I - Localisation des acides nucléiques de la cellule

I - Localisation des acides nucléiques de la cellule

Dans une cellule on distingue 2 types d'acides nucléiques qui sont constitués de séquences de nucléotides :

- les acides désoxyribonucléiques (ADN)

- les acides ribonucléiques (ARN)

La coloration de Brachet au vert de méthyle pyronine est une technique qui permet de visualiser les différents acides nucléiques d'une cellule puisque le vert de méthyle colore l'ADN en vert et la pyronine colore l'ARN en rouge

Observation microscopique / Présentation des résultats

+ Protocole

1. Prélève un fragment d'épiderme d'oignon

2. Place le fragment dans un verre de montre contenant le colorant pendant 2 minutes

3. Rince plusieurs fois à l'eau (pour cela, transfère le fragment dans le 2e verre de montre et rince à l'eau plusieurs fois)

4. Monte le fragment entre lame et lamelle et observe au microscope

5. Mets la caméra sur l'oculaire pour avoir l'image sur l'écran du PC (logiciel Mesurim2)

6. Fais une capture d'écran d'une cellule où apparaissent nettement les colorations

7. Présente sur un document Word (sur ½ feuille A4) la photo légendée
Remarques :
- indique dans la légende ce qui apparait vert ou rose
- la paroi des cellules végétales, riche en cellulose, fixe parfois la pyronine alors qu'elle n'est pas constituée d'ARN. On fera donc abstraction de la couleur rose des parois.

8. Conclus par une phrase pour indiquer où se situe les colorations et en déduire la localisation de l'ADN et de l'ARN dans une cellule végétale.

9. Si vous travaillez en binôme, le travail doit apparaitre en double sur la même feuille A4

10. Appelle ton enseignant·e avant de lancer l'impression puis clique sur la flèche pour passer à l'étape suivante

Le raccourci clavier Alt+Tab permet de passer d'une page à l'autre rapidement (de Mesurim ou Libre office à ce genially par exemple)

Questionnaire de conclusion de la partie I

brachet

Résultats
Observations obtenues si tout a bien fonctionné:
Bilan de la Partie I

A recopier sur ta feuille d'activité avant de passer à la suite

Je sais que la coloration verte traduit la présence d'ADN.

J'en conclus que l'ADN est présent uniquement dans le noyau.

Je vois que le cytoplasme est coloré en rose et qu'il y a aussi des taches roses dans le noyau.

Je sais que la coloration rose traduit la présence d'ARN.

J'en conclus que l'ARN est présent dans le noyau et le cytoplasme

Conclusion : L'ARN peut donc passer du noyau au cytoplasme alors que l'ADN ne le peut pas.

II - Différences entre l'ADN et l'ARN

II - Différences entre l'ADN et l'ARN

Utilisation d'un logiciel de modélisation moléculaire

Nous allons observer en 3D et comparer à l'aide du logiciel Libmol la molécule d'ADN et la molécule d'ARN.

Note les points communs et différences dans le tableau sur ta feuille.
La fenêtre de visualisation permet avec la souris de zoomer et faire pivoter la molécule.
Pour chacune des deux molécules, après avoir mis en plein écran :

Sélectionne " Commande" => " Colorer" => Observer la coloration par " Chaines" et par " Résidus"

Une fois que tu as observé en détail les points communs et différences entre les deux molécules, passe à la page suivante.
Tableau de comparaison de l'ADN et de l'ARN
Compétence : Recenser, extraire, organiser et exploiter des informations à des fins de connaissances

Bilan de la Partie II

Tableau à compléter sur ta feuille d'activité avant de passer à la suite

III - Transcription : passage d'une séquence d'ADN à une séquence d'ARN

III - Transcription : passage d'une séquence d'ADN à une séquence d'ARN

Utilisation d'un logiciel de modélisation moléculaire

Nous allons observer la séquence du gène de la globine beta (formant une partie de l'hémoglobine) à l'aide du logiciel GenieGen2

- Réalise l'action suivante :

"Actions" => "Transcrire les séquences sélectionnées" => "brin matrice / transcrit"

- Compare le brin matrice de l'ADN ("globine beta matrice") à l'ARN obtenu noté ARN m (m pour messager), rédige ta réponse dans le bloc note

- Propose une hypothèse sur le déroulement de la transcription et donc sur la manière dont l'ARNm est produit, rédige ta réponse dans le bloc note

Réfléchis à la réplication de l'ADN, cela te donnera un indice

Ci-dessous la photo d'un gène en cours de transcription dans le noyau d'une cellule (MET)

Compétence : recenser, extraire, organiser et exploiter des informations à des fins de connaissances

Pourquoi les ARN n'ont-ils pas tous la même taille ? Réponds sur le bloc note et appelle l'enseignant·e pour pouvoir vérifier tes analyses et accéder à la suite de l'activité.

BILAN : Le mécanisme de la transcription : synthèse d'ARN à partir de l'ADN

nucléotides libres précurseurs

Place les légendes au bon endroit

Tu as tout compris ! Complète maintenant le schéma sur ta feuille et recopie le bilan.

Bilan : L'ARN polymérase synthétise l'ARN en associant des nucléotides complémentaires au brin matrice (= brin transcrit) de l'ADN.

Le nucléotide de l'ARN complémentaire à l'Adénine (A) est l'Uracile (U)

La synthèse de l'ARNm se fait avec une enzyme particulière : l' ARN polymérase.

IV - Maturation de l'ARN

IV - Maturation de l'ARN

Utiliser des logiciels de modélisation moléculaire (GenieGen2)

Le génome humain contient environ 20 000 à 25 000 gènes alors que le nombre de protéines produites est d'environ 100 000. Cela signifie qu'il n'y a pas assez de gènes pour produire toutes nos protéines si on respecte l'idée de Beadle et Tatum "un gène - une protéine".

En réalité après la transcription c'est un ARN pré-messager qui est formé dans le noyau. Cet ARN pré-messager subit des modifications dans le noyau avant de devenir l', cherchons lesquelles !

Observer et comparer visuellement les séquences en déplacant la "boite" le long du gène.

Combien de différence y a t il entre l'ARNpm (pré-messager) et l'ARNm du gène de la globine beta (HBB) ?

1

2

moins de 10

plus de 10

Aide

Pourquoi aligner les séquences?

Cliquer sur "Actions" => "Aligner les séquences sélectionnées"

Quelles modifications a subi l'ARN pm pour devenir ARN m?

1 insertion

1 délétion

2 insertions

2 délétions

Les modifications subies par l'ARN pré-messager dans le noyau sont appelées :

- des portions d'ARN appelées introns sont éliminées car non codantes

- des portions d'ARN appelées exons, séquences codantes, sont liées les unes aux autres pour former l'ARNm

Remarque : dans la séquence étudiée sur Geniegen2 les introns 1 et 4 étaient déjà supprimés

Certains gènes sont à l'origine de plusieurs protéines différentes car ils subissent unépissage alternatif : lors de l'épissage, certains exons sont retirés en même temps que les introns ce qui permet de générer une plus grande diversité de protéines.

Réalise l'épissage en conservant les exons 1, 2, 3 et 4

Clique
Structure de l'hormone calcitonine en 3D
La calcitonine est sécrétée par la glande thyroïde

Réalise l'épissage en conservant les exons 1, 2, 3, 5 et 6

Clique
Structure du neurotransmetteur CGRP en 3D
Le neurotransmetteur CGRP est libérée par le ganglion trigéminal (à la base du crâne) et permet de transmettre un message entre des neurones.

Dans cet exemple, combien a-t-on de :
Structure du neurotransmetteur CGRP en 3D
Le neurotransmetteur CGRP est libérée par le ganglion trigéminal (à la base du crâne) et permet de transmettre un message entre des neurones.
Structure de l'hormone calcitonine en 3D
La calcitonine est sécrétée par la glande thyroïde

La phrase de Beadle et Tatum " 1 gène = 1 protéine " est-elle toujours valable ?

oui

non
Structure du neurotransmetteur CGRP en 3D
Le neurotransmetteur CGRP est libérée par le ganglion trigéminal (à la base du crâne) et permet de transmettre un message entre des neurones.
Structure de l'hormone calcitonine en 3D
La calcitonine est sécrétée par la glande thyroïde

BILAN : La maturation de l'ARN :

un gène, plusieurs protéines

Place les légendes au bon endroit

Tu as tout compris ! Complète maintenant le schéma sur ta feuille avant de passer à la suite.

V - Traduction : passage de l'ARN m à la protéine

V - Traduction : passage de l'ARN m à la protéine

Compétence : Recenser, extraire, organiser et exploiter des informations à des fins de connaissances

L' est une séquence de nucléotides tandis que la protéine est une séquence d'acides aminés. Il existe 4 nucléotides différents (A, U, G, C) or il existe chez l'être humain 20 acides aminés différents. On va ainsi chercher le lien entre l'ARNm et la protéine

Je possède donc 4 lettre différentes.

A = acide aminé 1 ; U = acide aminé 2 ; G = acide aminé 3 ; C = acide aminé 4

Si je fais des mots de 2 lettres, combien d'acides aminés différents puis-je coder ?

8

32

16

Cela fait bien 4 ² = 16 possibilités

AA = acide aminé 1 ; AU = acide aminé 2 ; A G = acide aminé 3 ; A C = acide aminé 4

UA = acide aminé 5 ; UU = acide aminé 6 ; UG = acide aminé 7 ; UC = acide aminé 8

GA = acide aminé 9 ; GU = acide aminé 10 ; GG = acide aminé 11 ; GC = acide aminé 12

CA = acide aminé 13 ; CU = acide aminé 14 ; CG = acide aminé 15 ; CC = acide aminé 16

Bien vu, mais avec des mots de trois lettres on peut écrire 64 (= 4 ³) mots différents...

Le code génétique

D'après ce tableau, combien de codons différents codent l'Arginine (Arg) ?

Définition à recopier : On appelle code génétique le système de correspondance entre les codons de l'ARN (1 codon = 1 triplet de nucléotides = 3 nucléotides) et les acides aminés qui composent une protéine.

+ Info

- Réalise les actions suivantes :

"Actions" => "Transcrire les séquences sélectionnées" => "brin matrice / transcrit"

Coche la ligne ARN et décoche la ligne ADN (globine beta matrice)

"Actions" => "Traduire les séquences sélectionnées" => "à partir du premier codon d'initiation"

- Complète le tableau du code génétique à l'aide du débutde la séquence et de la toute fin.

Nombre de tentatives :

Le code génétique

Copie le texte avant de passer à la suite.

La traduction permet d'obtenir une séquence d'acides aminés (= protéine).

Elle commence toujours au codon d'initiation (AUG), et se termine par un codon stop qui ne code pour aucun acide aminé.

Il existe 3 codons stop : UAA, UAG et UGA

BILAN : La traduction

Place les légendes au bon endroit

Tu as tout compris ! Complète maintenant le schéma sur ta feuille avant de passer à la suite.

cytoplasme

acides aminés

codon initiateur

ARN messager

La synthèse des protéines à partir de l'information de l'ARN messager se fait grâce aux ribosomes.

VI - Bilan : Synthèse d'une protéine
Possibilité de mettre les sous-titres en français
https://dl.dropboxusercontent.com/s/vquiytiyd21xjk0/globine-beta.edi

=> https://cosphilog.fr/geniegen2/?url=https://dl.dropboxusercontent.com/s/vquiytiyd21xjk0/globine-beta.edi

brachet

variable

variable

variable

variable

variable

BILAN : Le mécanisme de la transcription : synthèse d'ARN à partir de l'ADN

nucléotides libres précurseurs

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Thème 1 : La Terre, la vie et l'organisation du vivant Partie A : Transmission, variation et expression du patrimoine génétique Chapitre 5 : L'expression du patrimoine génétique brachet Genially crée par Mme Quincé & Mme Hamel, lycée Jean Zay (45) Utilisation du logiciel GenieGen2 de P. Cosentino & P.

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Ici, nous suivons la synthèse d’une protéine dans une cellule de l’endothélium d’un capillaire sanguin qui va permettre à un globule blanc d’adhérer à celle-ci, étape indispensable lui permettant de traverser cette barrière épithéliale pour accéder au site de l’inflammation.

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The Inner Life of the Cell follows a white blood cell's movement along the endothelium and its response to an external stimulus - a process known as leukocyte extravasation. This widely-acclaimed cellular animation is the first in a series of cell biology productions XVIVO has created for Harvard's BioVisions. The Inner Life of the Cell animation has amassed over 3.1 million views on YouTube: https://youtu.be/wJyUtbn0O5Y!

The second installment, titled Powering the Cell: Mitochondria, follows the mechanism of ATP production along the inner mitochondrial membrane.

In 2013, we released The Inner Life of the Cell: Protein Packing, which illustrates the crowded molecular environment present in cells.

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The Inner Life of the Cell - Cell Animation | XVIVO

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The Inner Life of the Cell follows a white blood cell's movement along the endothelium and its response to an external stimulus - a process known as leukocyte extravasation. This widely-acclaimed cellular animation is the first in a series of cell biology productions XVIVO has created for Harvard's BioVisions.

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La nécessité d'un intermédiaire entre ADN et synthèse protéique

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La nécessité d'un intermédiaire entre ADN et synthèse protéique

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Article sur Eduardo Kac et son lapin Alba

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Article sur Eduardo Kac et son lapin Alba

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Documents présentant des expériences mettant en évidence la nécessité d’une molécule intermédiaire entre les gènes et la synthèse protéique 

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Documents présentant des expériences mettant en évidence la nécessité d’une molécule intermédiaire entre les gènes et la synthèse protéique 

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Pour revoir les 3 grandes étapes de la synthèse protéique

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Chacune de nos cellules contient l'ensemble de notre patrimoine génétique : 46 chromosomes hérités de nos parents sur lesquels on compte environ 25 000 gènes. Mais si toutes nos cellules contiennent la même information, elles n'en font visiblement pas toutes le même usage : une cellule de la peau ne ressemble en rien à un neurone, une cellule du foie n'a pas les mêmes fonctions qu'une cellule du cœur. De même, deux jumeaux qui partagent le même génome ne sont jamais parfaitement identiques ! Dans ces exemples et dans bien d'autres, la clé du mystère se nomme "épigénétique".

Temps de lecture

10-15 minutes

Dernière mise à jour

Difficulté

Dossier réalisé en collaboration avec D éborah Bourc'his, unité Inserm 934/CNRS UMR 3215/Université Pierre et Marie Curie, Institut Curie, Paris

Comprendre l'épigénétique

Alors que la génétique correspond à l'étude des gènes, l'épigénétique s'intéresse à une "couche" d'informations complémentaires qui définit comment ces gènes vont être utilisés par une cellule... ou ne pas l'être. En d'autres termes, l'épigénétique correspond à l' étude des changements dans l'activité des gènes, n'impliquant pas de modification de la séquence d'ADN et pouvant être transmis lors des divisions cellulaires. Contrairement aux mutations qui affectent la séquence d'ADN, les modifications épigénétiques sont réversibles.

Les gènes dans tous leurs états

Actif ou inactif, allumé ou éteint, exprimé ou réprimé : différents champs sémantiques sont couramment utilisés pour définir l'état d'un gène. Ils font tous référence au même phénomène : un gène est un segment d'ADN qui contient l'information nécessaire à la synthèse d'une ou de plusieurs molécule(s) qui constitue(nt) l'organisme. Le gène est dit actif/allumé/exprimé lorsque cette synthèse a lieu. Sinon, il est inactif/éteint/réprimé. Mais évidemment, l'expression génétique n'est pas un processus fait de noir et blanc : il existe plein de niveau gris, avec par exemple des gènes très actifs, surexprimés (synthèse importante) ou encore partiellement réprimés (synthèse très faible)...

Des changements liés à l'environnement

Les modifications épigénétiques sont induites par l'environnement au sens large : la cellule reçoit en permanence toutes sortes de signaux l'informant sur son environnement, de manière à ce qu'elle se spécialise au cours du développement, ou ajuste son activité à la situation. Ces signaux, y compris ceux liés à nos comportements (alimentation, tabagisme, stress...), peuvent conduire à des modifications dans l'expression de nos gènes, sans affecter leur séquence. Le phénomène peut être transitoire, mais il existe des modifications épigénétiques pérennes, qui persistent lorsque le signal qui les a induites disparaît.

Concrètement, ces modifications sont matérialisées par des marques biochimiques, apposéespar des enzymes spécialisées sur l'ADN ou sur des protéines qui le structurent, les histones (voir encadré ci-dessous). Les marques les mieux caractérisées sont les groupements méthyle (CH3 : un atome de carbone et trois d'hydrogène) apposés sur l'ADN, ainsi que diverses modifications chimiques des histones (méthylation, acétylation...).

Pour qu'un gène conduise à la synthèse d'une molécule, il doit être lisible, c'est-à-dire accessible à différents complexes protéiques qui interviennent dans ce processus. Les marques de méthylation localisées sur l'ADN vont le plus souvent obstruer les aires d'arrivée de ces complexes protéiques, conduisant ainsi à l'inactivation des gènes concernés. Les marques apposées sur les histones modifient quant à elles l'état de compactage de la molécule d'ADN, favorisant ou au contraire limitant l'accessibilité aux gènes.

Des gènes en bobine

Nos 46 chromosomes représentent 2 mètres d'ADN ! Comment les faire tenir dans le noyau d'une cellule qui mesure 10 à 100 µm de diamètre ? La solution est le compactage : la molécule d'ADN s'enroule d'abord régulièrement autour de complexes formés par des protéines nommées histones. Les structures ainsi constituées, les nucléosomes , s'enroulent ensuite sur elles-mêmes de manière plus ou moins "serrée", formant ainsi des fibres de chromatine plus ou moins denses. Lorsque la chromatine est très dense ( hétérochromatine, compactage élevé de l'ADN), les gènes ne sont pas accessibles et donc pas exprimés. Les zones de la chromatine peu condensée ( euchromatine) sont en revanche accessibles aux complexes enzymatiques qui permettent l'expression des gènes. Des modifications épigénétiques qui affectent les histones permettent à la chromatine de passer de l'un à l'autre de ces états.

D'autres systèmes de régulation épigénétique existent, en particulier des systèmes mettant en jeu des petites molécules d'ARN. Sans parler de tous les mécanismes que l'on ne connait pas encore !

En résumé, si le chromosome est la bande magnétique d'une cassette et que chaque gène correspond à une piste enregistrée sur la bande, les modifications épigénétiques sont des morceaux de ruban adhésif repositionnables qui vont masquer ou démasquer certaines pistes, les rendant illisibles ou lisibles.

Des marques transmissibles

Les marques épigénétiques, bien que réversibles, sont transmissibles au cours des divisions cellulaires. Ce phénomène est particulièrement important au cours du développement embryonnaire. Au sein de l'embryon, les cellules sont au départ toutes identiques. Elles vont rapidement recevoir des signaux très orchestrés les conduisant à activer ou inactiver certains de leurs gènes pour se différencier en telle ou telle lignée cellulaire et construire l'organisme. Les marques épigénétiques alors mises en place doivent se transmettre au cours des divisions cellulaires, pour qu'une cellule de foie reste une cellule de foie et une cellule osseuse une cellule osseuse.

Certaines marques épigénétiques pourraient même passer à la descendance. La transmission intergénérationnelle de marques matérialisées par la méthylation de l'ADN est très documentée chez les plantes. Chez les mammifères, l'étude du phénomène est beaucoup plus complexe et fait encore l'objet de controverses. La formation des gamètes (ovules et spermatozoïdes) puis celle de l'embryon impliquent en effet chacune un effacement des marques épigénétiques : cette "remise à zéro" est nécessaire à la spécialisation des gamètes puis à la pluripotence (capacité à se différencier en n'importe quel type cellulaire) des toutes premières cellules de l'embryon. Toutefois, des gènes semblent y échapper.

Un exemple est celui du gène agouti, impliqué dans la détermination de la couleur du pelage chez la souris : dans un groupe d'animaux portant tous la même version de ce gène, certains ont un pelage brun chiné et d'autre un pelage jaune. Ces derniers ont en outre une susceptibilité accrue à l'obésité, au diabète et à certains cancers. Qu'est-ce qui les différencie ? Il ne s'agit pas d'une mutation affectant la séquence de leur ADN, mais bien d'une marque épigénétique portée par les souris brunes, qui éteint le gène agouti. Or on observe que la proportion de souriceaux bruns est plus importante dans la descendance des mères brunes que dans celle des mères au pelage jaune : ceci suggère que les mères brunes peuvent transmettre à leur descendance la marque épigénétique qui éteint le gène agouti.

Autre exemple, celui des gènes soumis à "l'empreinte parentale". Nous possédons chacun de nos gènes en deux copies, l'une transmise par notre mère, l'autre par notre père. Mais pour une poignée d'entre eux, une seule des copies est utilisée : la méthylation de l'ADN a éteint l'autre copie de manière indélébile, soit dans le spermatozoïde du père, soit dans l'ovule de la mère. Cette mémoire parentale épigénétique est transmise à la descendance au moment de la fécondation et elle est maintenue tout au long de la vie. Toutefois, elle s'efface dans les gamètes de l'individu, de manière à des marques de méthylation soit ré-établies en fonction de son sexe, dans ses spermatozoïdes ou ses ovules.

De la nécessité à faire taire un X

Un autre phénomène épigénétique bien décrit concerne l'inactivation du chromosome X chez les mammifères femelles. Alors que les cellules des mâles compte un seul chromosome X (accompagné d'un chromosome Y), les cellules des femelles en portent deux. Si les gènes des deux exemplaires du chromosome X s'expriment au cours du développement, l'embryon meurt très vite, "intoxiqué" par une double dose des protéines. C'est pourquoi un mécanisme épigénétique conduit à la mise sous silence d'un des deux chromosomes X dans les cellules femelles.

Ce mécanisme intervient tôt dans le développement embryonnaire et reste stable tout au long des divisions cellulaires. Toutefois, ce n'est pas toujours le même chromosome X qui sera éteint dans les cellules de l'embryon précoce. Ainsi, dans l'organisme femelle, une partie des cellules expriment les gènes du chromosome X d'origine maternelle, l'autre ceux du chromosome X d'origine paternelle.

Les enjeux de l'épigénétique en santé

Epigénétique et maladies

Il est désormais largement admis que des anomalies épigénétiques contribuent au développement et à la progression de maladies humaines, en particulier de cancers. Les processus épigénétiques interviennent en effet dans la régulation de nombreux évènements tels que la division cellulaire, la différenciation (spécialisation des cellules dans un rôle particulier), la survie, la mobilité... L'altération de ces mécanismes favorisant la transformation des cellules saines en cellules cancéreuses, toute aberration épigénétique peut être impliquée dans la cancérogenèse.

Des anomalies épigénétiques activant des oncogènes (gènes dont la surexpression favorise la cancérogenèse) ou inhibant des gènes suppresseurs de tumeurs ont pu être mises en évidence. De même, des mutations affectant des gènes codant pour les enzymes responsables des marquages épigénétiques ont été identifiées dans des cellules tumorales. Reste à savoir si ces phénomènes sont la cause ou la conséquence du développement de cancer. Il semble néanmoins qu'ils participent à la progression tumorale (évolution du cancer).

Certains syndromes héréditaires résulteraient eux-aussi de mutations dans les gènes codant pour la machinerie épigénétique. C'est le cas du syndrome ICF (pour Immuno-déficience combinée, instabilité de l'hétérochromatine paraCentromérique et dysmorphie Faciale), qui est lié à des mutations dans une enzyme de méthylation de l'ADN (l'ADN méthyltransférase).

Par ailleurs, le rôle de l'épigénétique est soupçonné et très étudié dans le développement et la progression de maladies complexes et multifactorielles, comme les maladies neurodégénératives (Alzheimer, Parkinson, sclérose latérale amyotrophique, Huntington...) ou métaboliques (obésité, diabète de type 2...). De nombreuses études épidémiologiques suggèrent en outre l'existence de liens entre diverses expositions au cours de la vie intra-utérine (voire dès la fécondation) et la survenue de maladies chroniques à l'âge adulte. L'épigénétique pourrait expliquer ces liens : des erreurs épigénétiques intervenant au cours du développement embryonnaire peuvent par exemple conduire à la formation d'un nombre insuffisant de néphrons (unité tissulaire du rein) ou de cellules bêta du pancréas, conférant un risque accru d'hypertension ou de diabète à l'âge adulte. Une hypothèse qu'il reste à confirmer en mettant en évidence les changements épigénétiques associés.

De la même manière que l'on sait aujourd'hui obtenir la séquence d'un génome complet, il est aussi possible de connaître l'ensemble des modifications épigénétiques qui le caractérise : on parle d' épigénome. C'est ce type d'approche globale et non biaisée qui permettra de mieux appréhender l'implication de l'épigénétique dans les maladies humaines.

Epigénétique et thérapie : l'arrivée des "épimédicaments"

Si les marques épigénétiques sont réversibles, il doit être possible de corriger celles qui posent problème, en particulier celles associées à des maladies. Cette idée a conduit au développement de médicaments qui agissent sur les mécanismes épigénétiques pour éliminer les marquages anormaux. On parle d'épidrogues ou d'épimédicaments. Deux principales familles de molécules ont été développées jusqu'ici :

celle des agents qui inhibent la méthylation de l'ADN (inhibiteurs des ADN méthyltransférases ou DNMTi)

celle des agents qui ciblent la modification des histones (inhibiteurs des déacétylases d'histone ou HDACi)

Les molécules qui existent aujourd'hui manquent encore de spécificité d'action, ce qui les rend rapidement toxiques pour l'organisme des patients. Mais de nombreux autres épimédicaments sont en cours de développement. De plus, en associant un épimédicament à d'autres approches thérapeutiques, il sera peut-être possible d'en retirer un bénéfice clinique tout en limitant les doses administrées, et donc les effets secondaires.

Histoire d'histones - interview - 6 min 38 - extrait de la série Les entretiens de M/S (2018)

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Epigénétique | Inserm - La science pour la santé

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Chacune de nos cellules contient l'ensemble de notre patrimoine génétique : 46 chromosomes hérités de nos parents sur lesquels on compte environ 25 000 gènes. Mais si toutes nos cellules contiennent la même information, elles n'en font visiblement pas toutes le même usage : une cellule de la peau ne ressemble en rien à un neurone, une cellule du foie n'a pas les mêmes fonctions qu'une cellule du cœur.

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Camille Gedeon
Excellent travail !