Épigénétique ou épigénèse
Vue d'ensemble

Citation

« Si les caractères de l'individu sont déterminés par les gènes, pourquoi toutes les cellules d'un organisme ne sont-elles pas identiques ? »

Thomas Morgan (prix Nobel de physiologie ou médecine en 1933 pour ses découvertes sur le rôle joué par le chromosome dans l'hérédité)

Documentation web

Sommaire

Le concept d'épigénèse ou épigénétique a varié suivant les époques.


À l'heure actuelle,
le terme épigénétique définit les modifications héritables (pendant la mitose ou la méiose) de l'expression des gènes ne s'accompagnant pas de changements des séquences nucléotidiques.

  • Nucléosome
    Nucléosome
    (Figure : vetopsy.fr d'après Zéphyris)
    Ces définitions consensus datent d'un congrès en 2008 (An operational definition of epigenetics 2009) : « An epigenetic trait is a stably heritable phenotype resulting from changes in a chromosome without alterations in the DNA sequence. »
  • Le terme grec " épi " signifie au-dessus de : « L'épigénétique… est un concept qui dément en partie la " fatalité " des gènes. » Hervé Morin

Comme on a défini le génome, on parle à l'heure actuelle d'épigénome.

  • Le génotype est caractérisé comme une séquence ou un ensemble de séquences d’ADN correspondant à un caractère héréditaire donné (phénotype).
  • L'épigénotype est une modification ou un ensemble de modifications épigénétiques correspondant à un état de transcription particulier d’un gène (expression ou répression).


Les modifications épigénétiques sont héritables, mais réversibles contrairement aux modifications génétiques qui sont héritables, mais irréversibles.


Ces changements peuvent se produire spontanément, mais le plus souvent en réponse à l'environnement qui va modifier l'expression du patrimoine génétique de l'individu.

Linaria et modification épigénétique de Lcyc
Linaria et modification épigénétique de Lcyc

« 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. » Alan Vonlanthen 2010.

Mise en évidence

Prenons plusieurs exemples basiques.

« On peut sans doute comparer la distinction entre la génétique et l'épigénétique à la différence entre l'écriture d'un livre et sa lecture. Une fois que le livre est écrit, le texte (les gènes ou l'information stockée sous forme d'ADN) sera le même dans tous les exemplaires distribués au public. Cependant, chaque lecteur d'un livre donné aura une interprétation légèrement différente de l'histoire, qui suscitera en lui des émotions et des projections personnelles au fil des chapitres. D'une manière très comparable, l'épigénétique permettrait plusieurs lectures d'une matrice fixe (le livre ou le code génétique), donnant lieu à diverses interprétations, selon les conditions dans lesquelles on interroge cette matrice. » Thomas Jenuwein (source Wikipedia)

Le code génétique est identique, mais son expression change en fonction de données environnementales.


Ce concept est particulièrement frappant dans l'embryologie où une cellule unique peut se différencier en une multitude de cellules suivant sa position embryonnaire.

Bases moléculaires

De la définition de l'épigénétique, on définit trois catégories de signaux qui aboutissent à la création d'un état épigénétique stable héritable (An operational definition of epigenetics 2009).

1. L'épigéniteur (Epigenitor) est le signal qui provient de l'environnement et qui déclenche une cascade de réactions intracellulaires.

  • Cette voie de signalisation pourrait être activée par une interaction protéine-protéine, ou par une modification de l'épigéniteur qui déclenche alors une activité qui était latente auparavant.
  • Ce signal serait transitoire, assez long pour définir le phénotype épigénétique, mais facultatif pour les événements ultérieurs.
Épigénétique
Épigénétique
(Figure : © vetopsy.fr)

2. L'initiateur épigénétique (Epigenetic Initiator) répond à l'épigéniteur.

Cet initiateur est placé dans l'environnement de la chromatine, à un endroit précis. Ce peut être :

  • une protéine liée à l'ADN,
  • un ARN non-codant,
  • une autre entité qui définit la structure de la chromatine.
ADN méthylée sur 2 cytosines
ADN méthylée sur 2 cytosines
(Figure : vetopsy.fr d'après Chrstoph Bock)

Cet initiateur est suffisant pour initier un phénotype épigénétique lorsqu'il est introduit dans une cellule. En outre, contrairement à l'épigéniteur, l'action de l'initiateur est constante, et peut persister avec le stabilisateur épigénétique.

3. Le stabilisateur épigénétique (Epigenetic Maintainer) garde cet environnement chrromatinien dans les générations suivantes : il soutient l'initiateur, mais ne peut l'activer.

Toutefois, rappelons que cette modification épigénétique peut être réversible contrairement à la modification génétique.

Ce signal emprunte différentes voies :

Par exemple la méthylation de H3K4 par le complexe Trithorax (Trithorax group) et H3K27 par le complexe Polycomb dans l'expression des gènes homéotiques (The polycomb bodies)…  Par contre, toutes les modifications post-traductionnelles des histones (induction de la transcription ou réparation de l'ADN) ne sont pas épigénétiques.

Modifications post-traductionnelles des histones
Modifications post-traductionnelles des histones
(Figure : vetopsy.fr d'après Marius Walter)

EmbryologieEmbryogenèseZygote (oeuf fécondé)Segmentation
GastrulationOrganogenèseDifférenciation cellulaire

Bibliographie
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  • Le Moigne A., Foucrier J. - Biologie du développement - Dunot, Paris, 414 p., 2009
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  • Houillon Ch. - Embryologie - Hermann, Paris, 184 p., 1979
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