Life

Adieu, modèle génétique!

Slate.com, mis à jour le 08.07.2011 à 12 h 18

L'épigénétique, nouveau domaine d'étude scientifique, veut révéler le véritable fonctionnement de l'ADN.

ADN/DNA DSC03122, Abode of Chaos via Flickr, CC-Licence-by

ADN/DNA DSC03122, Abode of Chaos via Flickr, CC-Licence-by

IL Y A PRESQUE AUTANT de métaphores pour désigner les gènes qu'il existe de gènes. L'une des plus familières et des plus difficiles à oublier demeure celle du «modèle» net et précis. Elle est à la fois rassurante (du fait de sa clarté) et accablante de déterminisme: le génome ne serait rien de plus qu’un plan représentant notre architecture intérieure. Il orchestrerait le développement de notre corps, déterminerait notre taille, notre santé, et jusqu’à notre humeur —et ce avant même que nous soyons nés.

La cartographie du génome, source de savoir

Rien d'étonnant, donc, à ce que nous considérions la cartographie du génome comme une source de savoir —non seulement sur nous-mêmes, mais peut-être également sur notre avenir. Vous vous souvenez peut-être des espoirs qu’avait engendrés le «Projet Génome humain» dans les années 1990? La cartographie génétique est aujourd'hui presque complète, mais une bonne partie des informations alors anticipées nous font encore défaut.

Dans Epigenetics: The Ultimate Mystery of Inheritance, le docteur en biologie Richard Francis retrace l'émergence d'un paradigme génétique alternatif. Francis nous livre les dernières conclusions des acteurs de la recherche de pointe; selon eux, si notre ADN façonne notre être, il est bien loin d'être un plan fixe, un oracle inflexible: l'ADN peut être lui aussi façonné. Les forces qui influent sur notre destin ne peuvent être retranscrites sur un simple plan détaillé. Pour le meilleur ou pour le pire.

L'ADN est lui aussi façonné

L'ouvrage de vulgarisation de Francis nous présente un nouveau domaine de recherche, dont les racines précèdent l'essor de la génétique purement déterministe. Comment l'ADN est-il façonné? C'est à la fin du 19e siècle que certains scientifiques commencent à se poser la question. Hans Driesch est l'un d'eux; les études qu'il mène alors sur des embryons d'oursins révèlent le rôle administratif central que jouent les cellules dans le développement de l'organisme.

Il découvre que si l'on retire des cellules dans une région bien précise de l'embryon (celle du futur emplacement des épines, par exemple), et qu'on les replace ailleurs (disons dans la future bouche), leur fonction change: aucune épine ne sortira de la bouche de l'oursin; sa bouche sera normale. L'identité d'une cellule ne découle donc pas d'une recette génétique prédéterminée. Fondamentalement, ce sont les signaux émis par les cellules voisines qui déterminent l’expression des gènes qu'elle contient.

L'ombre de Lamarck plane toujours sur ce domaine

C'est ce processus qui a donné le signal de départ de l'épigénétique. Outre l'exploration de la façon dont les cellules contrôlent les gènes qu'elles contiennent, cette discipline vise à comprendre comment les gènes modifiés sont transmis lorsque les cellules se reproduisent —et ce lors d'une seule existence, mais aussi, plus incroyable encore, à travers les générations. Si vous pensez à un autre antécédent historique, vous avez parfaitement raison.

L'ombre de Lamarck, autrefois cible de bien des moqueries, plane sur ce nouveau domaine; Lamarck qui, au 18e siècle, suggérait que si une girafe étendait constamment son cou pour atteindre des feuilles d'arbres, ses petits naîtraient avec un cou plus long. Les idées de Lamarck quant à l'acquisition et à la transmission des caractéristiques étaient certes pour l'essentiel erronées.

Mais l'idée fondamentale selon laquelle un évènement survenu lors de la vie d'un parent pouvait se transformer en caractéristique essentielle chez l'enfant (longtemps vouée aux oubliettes de la biologie) a été ravivée. La quête épigénétique consiste à découvrir comment les éléments chimiques qui accompagnent les gènes président au destin d'un individu en modifiant l'expression à long terme desdits gènes.

La fin de la théorie des gènes «contrôleurs»

Si le concept de régulation cellulaire de l'expression génétique peut paraître compliqué, c'est précisément parce qu'il l'est —ce qui explique (outre notre croyance entre un modèle prédéterminé guidant nos vies) pourquoi le domaine de l'épigénétique a connu une évolution particulièrement lente. Les recherches, qui s'accumulent depuis des dizaines d'années, bouleversent l'idée des gènes «contrôleurs», qui sont soit «allumés», soit «éteints».

Francis nous fait découvrir les différentes façons dont notre personnalité et notre santé peuvent se manifester à travers nos gènes, sans être codées dans l'ADN pour autant. L'auteur procède étape par étape. Rien de plus normal: nous sommes en terre inconnue. L'idée selon laquelle des forces environnementales pourraient être déterminantes sur le plan génétique s'oppose aux concepts d'inné et d'acquis, deux catégories solidement ancrées dans nos esprits.

La régulation génétique «ordinaire»

Francis commence par expliquer le fonctionnement de la régulation génétique à court terme, ou «ordinaire» (et non épigénétique) qui s’opère via les androgènes (testostérone...) lors du développement normal, mais également dans des situations anormales; lorsqu'un athlète abuse des stéroïdes, par exemple.

Un taux normal de testostérone change l'expression des gènes, mais un taux élevé de testostérone la modifie de manière excessive: muscles plus développés, testicules réduits, et agressivité incontrôlable. Les modifications sont directes. Si vous prenez des stéroïdes, elles affectent certaines cellules de votre corps.

L'activité génétique de ces cellules est modifiée, et votre corps change. Les modifications de la régulation génétique «ordinaire» s'arrêtent aux cellules concernées, et à votre propre personne. Lorsque les cellules se divisent, elles ne transmettent pas l'activation génétique anormale. Les enfants d'une personne abusant des stéroïdes hériteront des gènes de leurs parents, mais ils n'hériteront pas des changements apportés par les stéroïdes synthétiques à l'expression des gènes.

Les liens sociaux peuvent aussi changer l'expression des gènes

Mais l'expression des gènes ne change pas seulement sous l'effet des substances chimiques absorbées. Les liens sociaux peuvent eux aussi la modifier. Dans les années 1990, des scientifiques ont commencé à étudier l'influence que peut avoir le statut social sur la génétique. Les recherches ont par exemple porté sur une espèce de cichlidés d'Afrique, où il existe deux types de mâles.

Les premiers règnent en maîtres sur leur territoire; ils sont dotés d'écailles de couleurs vives et éclatantes, de testicules et de neurones de grande taille, et ils ont de la testostérone à revendre. Les seconds n'ont pas de territoire, et sont beaucoup moins impressionnants. Ils ne disposent que de peu de testostérone, et ne peuvent se reproduire. Les scientifiques ont découvert qu'ils pouvaient manipuler le statut social de ces poissons, leurs taux de testostérone (et tout ce qui s'ensuit) en se contentant de modifier leurs «cercles d'amis».

S'ils plaçaient un mâle «dominant» dans un aquarium où se trouvaient des mâles dominants de taille beaucoup plus importante, l'ex-reproducteur perdait sa couleur; ses testicules et ses neurones rétrécissaient, et il se transformait —littéralement— en mâle non dominant. À l’inverse, lorsqu'ils plaçaient un petit timide dans un aquarium abritant des femelles et des mâles de plus petite taille, le mâle se transformait en dominant. Comme le fait remarquer Francis, nous ne pouvons bien évidemment pas mener de telles expériences sur des êtres humains. Mais ces recherches prouvent néanmoins que le contexte peut influencer le fonctionnement des gènes.

Les modifications épigénétiques remettent en cause notre manière de voir les gènes

Les modifications qui découlent de la régulation génétique standard surviennent à court terme, mais les modifications épigénétiques changent la façon dont les gènes réagissent face au monde sur des périodes très étendues —même lorsque la cause originelle a disparu. C'est cette influence à long terme pour le moins surprenante qui fait de l'épigénétique l'un des virages les plus attrayants —et terrifiants— dans notre façon de penser les gènes.

Les modifications épigénétiques peuvent survenir à l'âge adulte, pendant l'enfance, et même in utero (un phénomène expliqué dans l'ouvrage Origins, de Annie Murphy Paul). Conséquence: un événement survenu durant votre enfance peut influencer la façon dont vos gènes réagissent dans une situation différente, à l'âge adulte. Il pouvait sembler quelque peu naïf de présumer que nous étions programmés par nos gènes, mais cette idée était empreinte d'un étrange égalitarisme: nous naissions avec des gènes différents, mais subissions leurs effets de la même manière.

Le comportement des gènes modifié par des substances chimiques

Avec le concept de modification épigénétique, nous devenons tous dès notre conception les participants involontaires d'une loterie génétique, mais aussi de forces environnementales; des forces que nous ne pouvons voir ou contrôler, mais qui bouleversent notre matériel génétique et changent notre destin. Au niveau de l'ADN, la modification épigénétique survient lorsque des substances chimiques particulières se fixent sur le gène, et modifient son comportement. La première de ces fixations à avoir été découverte (et qui demeure la plus connue à ce jour) concerne le groupe méthyle.

En 1980, on a découvert que différents degrés de méthylation pouvaient altérer l'expression des gènes de plusieurs manières, et que la déméthylation pouvait elle aussi provoquer plusieurs altérations. En fonction des gènes concernés, on pouvait provoquer des divisions cellulaires spontanées —autrement dit, des cancers.

Les fixations épigénétiques ont plusieurs causes, et les recherches indiquent qu’elles peuvent aller de la pollution atmosphérique aux interactions sociales stressantes. Des études menées sur les effets à long terme de la mauvaise nutrition de la femme enceinte laissent penser que la nourriture ingérée par la future mère peut façonner l’expression des gènes de son enfant. Et c’est également vrai de la nourriture qu’elle n’ingère pas.

» Lire la suite de l'article

Une famine historique permet l'étude du processus

Les données les plus précises auxquelles nous ayons accès quant aux modifications génétiques à long terme proviennent de la terrible famine de 1944, en Hollande; les nazis avaient interrompu les transferts de denrées alimentaires, perturbé les transports, et inondé les terres agricoles dans l’ouest du pays. Cette situation devait permettre de mener des études de référence dans ce domaine. Et ce grâce à l’extraordinaire qualité des archives hollandaises, qui ont permis aux chercheurs d’obtenir de solides données longitudinales sur les nombreuses et profondes répercussions de la famine.

Chez les enfants qui étaient en gestation durant la famine, on a constaté des risques accrus de schizophrénie, de personnalités antisociales, et d’autres troubles psychologiques; cinquante ans plus tard, on observe même un plus grand risque d’obésité. À première vue, on pourrait croire que tous ces enfants ont simplement hérité d’une mauvaise santé. Mais ce n’est pas aussi simple. L’impact dépend de la période précise où le fœtus a subi les effets de la famine, nous explique Francis. Les femmes dont la mère a souffert de la faim dans le premier trimestre de la grossesse ont plus de risques d’être atteintes d’un cancer du sein; et dans le second trimestre, de troubles pulmonaires et rénaux.

C’est au médecin américain Clement Smith que l’on doit ces découvertes. En 1945, on l’envoie aux Pays-Bas pour aider la population locale, et il découvre la véritable mine de données que sont les archives hollandaises. Il réalise alors que les enfants nés durant la famine sont beaucoup plus petits que ceux qui sont nés avant cette période. De nombreuses équipes de chercheurs sont revenues sur ces données, qui ont été actualisées au cours des dernières décennies; elles ont découvert que la famine influençait encore les vies des Hollandais d’aujourd’hui, et même de ceux qui étaient nés après les évènements.

FCI2, le gène modifié par la famine

Les études sont devenues épigénétiques il y a une vingtaine d’années, lorsque des scientifiques se sont lancés à la recherche de gènes modifiés chez les personnes ayant traversé la famine, pour savoir si l’ADN modifié pouvait expliquer les différences existantes entre les survivants.

En 2009, une équipe a mis en lumière un résultat des plus excitants: en analysant certaines cellules sanguines des adultes ayant subi la famine in utero, les chercheurs ont découvert des fixations épigénétiques anormales sur le gène qui code pour une hormone appelée «facteur de croissance de type insuline 2» (FCI2). Cette hormone joue un rôle central dans la croissance, et ce tout particulièrement chez le fœtus. Il se trouve que le gène FCI2 des personnes ayant souffert de la famine est méthylé d’une certaine manière, différente de la méthylation observée chez les personnes n’en ayant pas souffert.

Les scientifiques ne sont certes pas encore parvenus à retracer la chaîne de causalité spécifique entre les fixations épigénétiques, les gènes, et la vie des personnes concernées; mais ces fixations constituent une preuve tangible d’une modification épigénétique in utero, et une cause probable des problèmes de santé survenus plusieurs décennies plus tard.

Des modifications qui peuvent s'étendre sur les générations

Il y a plus fascinant —et inquiétant: il semblerait que les conséquences de la modification épigénétique puissent toucher plusieurs générations. Dans un village suédois, qui dispose également d’archives de récoltes agricoles sur plusieurs centaines d’années, on a découvert que les petits-fils (côté paternel) des hommes qui avaient connu la famine avaient moins de risque de souffrir de problèmes cardiovasculaires que les petits-fils des hommes ne l’ayant pas connue. Mais attendez une minute: selon l’opinion commune, seuls les gènes peuvent être transmis d’une génération à la suivante. La plupart des fixations épigénétiques sont écartées des gènes au moment de la création du sperme et des ovules.

Et pourtant, il semble bien qu’une trace de quelques fixations épigénétiques soit transmise, et recréée dans le génome de l’embryon. Ce qui signifie qu’un événement de la vie de vos parents, survenu avant votre conception, pourrait aujourd’hui influencer le fonctionnement de vos gènes. Autrement dit, les péchés des pères pourraient être présents sur les acides désoxyribonucléiques de leurs fils. Mais à quel point nos fils et nos filles sont-ils malléables? Les mécanismes en questions sont incroyablement subtils. Les chercheurs commencent tout juste à comprendre le fonctionnement —et la raison— de ce processus.

L'épigénétique pour étudier les cancers

Il y aurait presque de quoi regretter la simplicité du déterminisme génétique à l’ancienne, qui nous permettait au moins de penser que notre destin génétique resterait le même tout au long de notre vie. Heureusement, les épigénéticiens nous promettent que les événements positifs d’une vie peuvent eux aussi être transmis. Francis explique que les chercheurs en médecine ont bon espoir d’inverser les effets d’une épigénèse anormale. Il se pourrait par exemple que les dégâts provoqués par nombre de cancers soient épigénétiques. Si ces fixations épigénétiques pouvaient être modifiées, il serait alors peut-être possible d’interrompre la progression du processus cancéreux.

La gamme des troubles corporels pouvant être le fait de fixations épigénétiques est d’une envergure extraordinaire —mais elle n’englobe toutefois pas l’ensemble des maladies. Certains troubles spécifiques suivent encore la voie du déterminisme. Si vous avez la malchance de tirer la mutation de la chorée de Huntington à la loterie génétique, vous serez fatalement touché par cette maladie.

La cellule comme un chantier de construction

Francis insiste —à juste titre— sur les merveilles de l’épigénétique, et sur la rigueur moléculaire qu’elle apporte à l’idée selon laquelle la vie est un processus créatif; un processus n’étant pas plus prédéterminé par notre génome que par Dieu. Mais si la recherche épigénétique nous invite à rêver de maîtrise totale —l’auto-création via la manipulation de l’environnement—, elle souligne également notre malléabilité.

Difficile de trouver une métaphore pour cette association. Le génome n’est pas un modèle, mais peut-être que la cellule est un chantier de construction: dynamique, changeant et complexe. Les gènes sont des matériaux de construction, façonnés par les cellules, qui créent à leur tour des matériaux utilisés dans les cellules.

Ce chantier ne s’arrête jamais; ainsi, une petite aberration peut avoir un effet limité, ou se répandre dans le système, au point de le bloquer. Gardons à l’esprit que notre corps n’est qu’un ensemble de chantiers de construction, intriqués les uns dans les autres, de façon plus ou moins méthodique. La malléabilité? Rien de moins qu’une danse continuelle avec le chaos. Et, aussi incroyable que cela puisse paraître, cette danse fonctionne.

Christine Kenneally

Christine Kenneally est journaliste freelance. Elle vit à New York.

Traduit par Jean-Clément Nau

Slate.com
Slate.com (483 articles)
En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de cookies pour réaliser des statistiques de visites, vous proposer des publicités adaptées à vos centres d’intérêt et nous suivre sur les réseaux sociaux. > Paramétrer > J'accepte