L’épigénétique

Toutes les cellules d’un même individu ont, à quelques exceptions près, le même ADN. Pourtant, un neurone ne ressemble en rien à une cellule de foie. La différence tient à la façon dont les gènes sont allumés ou éteints, et à la mémoire de ces réglages d’une division cellulaire à l’autre. C’est le domaine de l’épigénétique, l’une des branches les plus actives de la biologie depuis les années 1990, et aussi l’une des plus déformées par la vulgarisation.

Le mot a été forgé en 1942 par le biologiste britannique Conrad Waddington, qui le définissait alors comme l’étude du passage du génotype au phénotype au cours du développement.

Les principaux mécanismes

La méthylation de l’ADN

Des enzymes ajoutent un groupe méthyle (CH3) sur certaines cytosines, surtout lorsqu’elles sont suivies d’une guanine (sites CpG). Une région promotrice fortement méthylée est généralement éteinte : les facteurs de transcription ne peuvent plus s’y fixer. Lors de la réplication, une enzyme de maintenance recopie le motif de méthylation sur le nouveau brin, ce qui transmet le réglage aux cellules filles.

Les modifications des histones

L’ADN s’enroule autour des histones (voir noyau cellulaire). Leurs extrémités peuvent recevoir des groupes chimiques :

Les ARN non codants

Certains ARN régulent les gènes sans être traduits. Le plus célèbre, l’ARN XIST, recouvre l’un des deux chromosomes X chez la femme et l’inactive presque entièrement.

Des exemples bien établis

La différenciation cellulaire

Au cours du développement, chaque lignée de cellules verrouille certains gènes et en garde d’autres actifs. Ce verrouillage explique qu’une cellule de peau reste cellule de peau. La reprogrammation de cellules adultes en cellules souches pluripotentes (cellules iPS) consiste en partie à effacer ces marques.

L’inactivation du chromosome X

Chez les femelles de mammifères, un des deux X est éteint au hasard dans chaque cellule au début de l’embryon. Chez la chatte, si les deux X portent des allèles de couleur différents (roux et noir), on obtient un pelage en mosaïque : les chattes écaille de tortue sont presque toujours des femelles.

L’empreinte parentale

Pour une centaine de gènes humains, seul l’exemplaire venant du père, ou seul celui venant de la mère, est actif. Une anomalie de cette empreinte sur le chromosome 15 cause le syndrome de Prader-Willi ou le syndrome d’Angelman, selon le parent concerné.

Abeilles reines et ouvrières

Une larve d'abeille nourrie de gelée royale devient reine, les autres deviennent ouvrières, avec le même génome. Des études ont montré que la réduction de la méthylation de l’ADN chez les larves oriente leur développement vers la reine.

La vernalisation des plantes

Certaines plantes, comme Arabidopsis ou les céréales d’hiver, ne fleurissent qu’après avoir subi un long froid. Le froid éteint durablement, par modification des histones, un gène qui bloque la floraison : la plante « se souvient » de l’hiver (voir hormones végétales).

Épigénétique et environnement

L’alimentation, le tabac, le stress, la pollution ou l’âge modifient certaines marques épigénétiques. Les données les plus citées chez l’humain viennent de l'hiver de la faim néerlandais (1944-1945) : des personnes exposées à la famine avant la naissance présentaient, des décennies plus tard, des différences de méthylation de certains gènes et un risque accru de troubles métaboliques. Les marques épigénétiques évoluent aussi avec l’âge de façon assez régulière pour servir d'« horloge épigénétique » estimant l’âge biologique.

Épigénétique et maladies

Dans les cancers, on observe fréquemment l’extinction par méthylation de gènes suppresseurs de tumeurs. Des médicaments épigénétiques (agents déméthylants comme l’azacitidine, inhibiteurs des histones désacétylases) sont utilisés contre certains cancers du sang.

Une hérédité entre générations ?

C’est le point le plus discuté.

• Chez les plantes et certains vers, des marques épigénétiques se transmettent de façon démontrée sur plusieurs générations.
• Chez les mammifères, la plupart des marques sont effacées deux fois : dans les cellules germinales, puis juste après la fécondation. Quelques cas de transmission ont été décrits chez la souris, mais chez l’humain les preuves d’une hérédité épigénétique transgénérationnelle restent limitées et débattues.

L’épigénétique n’est donc pas un « retour de Lamarck » : elle ne permet pas de transmettre à ses enfants les muscles ou les connaissances acquis.

Questions fréquentes

Peut-on changer ses gènes par son mode de vie ?

On ne change pas la séquence de ses gènes. Le mode de vie peut modifier certaines marques épigénétiques et donc l’activité de certains gènes, mais les effets sont souvent modestes et réversibles. Les promesses commerciales de « reprogrammer son ADN » ne reposent sur aucune base scientifique.

Quelle différence entre génétique et épigénétique ?

La génétique étudie la séquence de l’ADN et ses variations (mutations, allèles). L’épigénétique étudie la façon dont cette séquence est utilisée, comme des annotations ajoutées sur une partition.

Les vrais jumeaux ont-ils la même épigénétique ?

Très proche à la naissance, elle diverge avec l’âge, d’autant plus que leurs modes de vie diffèrent. C’est une des raisons pour lesquelles des jumeaux monozygotes peuvent développer des maladies différentes (voir génotype et phénotype).