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"Des modifications chimiques régulent l’expression des gènes sans changement de séquence sur l’ADN, avec transmission des caractères acquis : adaptation et réponse à l’environnement, effets des émotions, stress et traumatismes" par Jacques Hallard
jeudi 16 janvier 2025, par
ISIAS Génétique Epigénétique Psychologie
Des modifications chimiques régulent l’expression des gènes sans changement de séquence sur l’ADN, avec transmission des caractères acquis : adaptation et réponse à l’environnement, effets des émotions, stress et traumatismes
Jacques Hallard , Ingénieur CNAM, site ISIAS – 16/01/2025
Plan du document : Humour Préambule Introduction Sommaire Auteur
https://www.techniques-ingenieur.fr/actualite/wp-content/uploads/2019/11/dessin_actu22_genesW2.jpg
In En image : les gènes détermineraient notre aversion pour les légumes…- Posté le 27 novembre 2019 par Alexandra VÉPIERRE dans Insolite – source : https://www.techniques-ingenieur.fr/actualite/articles/en-image-les-genes-determineraient-notre-aversion-pour-les-legumes-73126/
In Éducation et hygiène de vie : non, il n’y a pas de fatalité génétique ! 02 août 2021 À 13:17 – Entretien - Par Céline Rapinat - Médecin pédiatre à Paris, Edwige Antier prône depuis longtemps l’éducation positive. Marie Dewavrin est formée en naturopathie et engagée pour la transition alimentaire et une santé durable auprès de fondations, d’associations et d’entreprises. Grâce à l’expérience de l’une et aux connaissances scientifiques de l’autre, elles expliquent aux parents comment optimiser le potentiel de leur adolescent, notamment au sortir de la crise sanitaire, grâce à l’épigénétique. A lire sur ce site : Source : https://www.lyoncapitale.fr/actualite/education-et-hygiene-de-vie-non-il-ny-a-pas-de-fatalite-genetique
Quelques mots en bref sur le sujet central de ce dossier
Quelle est la différence entre génétique et 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. 18 février 2015
L’épigénétique est la discipline de la biologie qui étudie la nature des mécanismes modifiant de manière réversible, transmissible et adaptative l’expression des gènes sans en changer la séquence nucléotidique… - Wikipédia
L’épigénétique étudie les modifications chimiques qui régulent l’expression des gènes sans changement de séquence sur l’ADN : méthylation de l’ADN, acétylation des histones, restructuration de la chromatine, présence d’ARNs non codants, etc…
Epigénétique et psychologie – « Une expérience bouleversante [émotionnellement] ne disparaît pas quand vous mourez. Elle vous survit. » Les éléments scientifiques qui suggèrent que les traumatismes émotionnels peuvent transcender les générations en modifiant l’activation et l’inhibition de certains gènes qui s’accumulent chez les descendants ». 14 juin 2024
L’hérédité des caractères acquis consiste en l’idée qu’un trait anatomique, physiologique ou comportemental acquis pendant la vie d’un individu peut se transmettre à sa descendance, particulièrement s’il est maintenu pendant un cer
tain nombre de générations.
Ce dossier propose de (re)voir – à titre didactique – l’épigénétique : « une discipline de la biologie qui étudie la nature des mécanismes modifiant de manière réversible, transmissible (lors des divisions cellulaires) et adaptative l’expression des gènes sans en changer la séquence nucléotidique (ADN)… »
Les documents retenus proviennent de Wikipédia, du Muséum National d’Histoire naturelle, de ‘The Conversation’ un média en ligne et une association à but non lucratif , de ‘National Géographic’ un magazine mensuel états-unien dont le premier numéro a été publié en 1888, et de Radio France–France Musique qui termine ce dossier avec une orientation musicale…
Les articles sélectionnés pour ce dossier sont mentionnés avec leurs accès dans le sommaire ci-après
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- Article Wikipédia sur l’Épigénétique (cliquer sur les images pour les agrandir)
- Stress et santé humaine, les nouveaux chemins de l’épigénétique - Autrice : Raphaëlle Chaix – Document ‘mnhn.fr’
- L’épigénétique, entre fantasmes et réalité - Publié : 12 janvier 2025, 09:25 CET – Par Corinne Augé et Sylvaine Renault – Document ‘The conversation’
- Les traumatismes peuvent-ils se transmettre par les gènes ? Une expérience bouleversante « ne disparaît pas quand vous mourez. Elle vous survit » - De Andrea Cooper - Publication 14 juin 2024, 14:46 CEST – Document ‘nationalgeographic.fr’
- Edith Heard, épigénéticienne, médaille d’or du CNRS : ’Quand je pratique le piano, ma recherche scientifique s’éclaire’ - Publié le dimanche 12 janvier 2025 - Provenant du podcast Musique émoi Enregistrement France culture 60 minutes
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Un même œuf de tortue peut donner un mâle ou une femelle en fonction de la température. La détermination du sexe, l’utilisation des gènes codant soit l’un soit l’autre, dépend donc d’un phénomène épigénétique1.
L’épigénétique (mot-valise de épigenèse et génétique2) est la discipline de la biologie qui étudie la nature des mécanismes modifiant de manière réversible, transmissible (lors des divisions cellulaires) et adaptative l’expression des gènes sans en changer la séquence nucléotidique (ADN)3. 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 sont susceptibles d’être utilisés par une cellule.
Dans l’histoire de ce sujet d’étude, l’épigénétique est d’abord mise en évidence par la différenciation cellulaire, puisque toutes les cellules d’un organisme multicellulaire ont le même patrimoine génétique mais l’expriment de façon très différente selon le tissu auquel elles appartiennent. Puis ce sont les possibilités d’évolution d’un même œuf en mâle ou femelle chez les tortues, en reine ou ouvrière chez les abeilles, qui prouvent que des mécanismes peuvent impliquer des facteurs environnementaux dans l’expression du patrimoine génétique.
En matière d’évolution, l’épigénétique permet d’expliquer comment des traits peuvent être acquis, éventuellement transmis d’une génération à l’autre, ou encore perdus après avoir été hérités4,5. La mise en lumière récente de ces moyens épigénétiques d’adaptation d’une espèce à son environnement est, selon Joël de Rosnay en 2011, « la grande révolution de la biologie de ces cinq dernières années »6, car elle montre que, dans certains cas, notre comportement agit sur l’expression de nos gènes7. Elle explique aussi le polyphénisme, par exemple les changements de couleur en fonction des saisons (tel le renard polaire qui devient blanc en hiver).
L’épigénétique a des applications possibles en médecine8, avec des perspectives thérapeutiques nouvelles notamment à l’aide d’« épi-médicaments »9, mais aussi en biologie du développement, agronomie ou nutrition.
Présentation{{}}
Un même œuf fécondé d’abeille donnera soit une ouvrière s’il est pondu dans une cellule normale (hexagonale, au fond de l’image) où la larve est nourrie successivement à la gelée royale et à la bouillie larvaire, soit une reine s’il est pondu dans une cellule royale (au premier plan) où elle est nourrie exclusivement à la gelée royale. C’est une sélection épigénétique de l’expression d’un même génome.
« 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’être9. »
« L’épigénétique est l’étude des changements d’activité des gènes — donc des changements de caractères — qui sont transmis au fil des divisions cellulaires ou des générations, sans faire appel à des mutations de l’ADN10. »
Par exemple, une même larve d’abeille deviendra une reine ou une ouvrière en fonction de la façon dont elle est nourrie11, et un même œuf de tortue peut éclore en mâle ou femelle en fonction de la température12. Il s’agit bien de l’expression du même code génétique global, mais des facteurs environnementaux ont sélectionné une expression plutôt qu’une autre, chacune étant disponible dans la « base de données » génétique.
Autrement dit, l’épigénétique concerne l’ensemble des mécanismes qui gouvernent la façon dont le génotype est utilisé pour créer un phénotype.
Principe{{}}
Par analogie, on peut rapprocher le couple génétique - épigénétique à l’écriture et à la lecture d’un livre.
« 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 matrice13. »
S’il existe une « base de données génétique », sa lecture s’effectue de façon éminemment diverse en fonction des modifications épigénétiques qui sont apportées au génome et à la chromatine. La transmission de l’héritage génétique s’accompagne également de celle d’un héritage épigénétique.
Mise en évidence Article détaillé : différenciation cellulaire.
Sauf cas exceptionnel de mutation spontanée ou lors du développement des lymphocytes B ou T, les cellules issues d’une seule cellule œuf et dupliquées par mitose partagent exactement le même patrimoine génétique. Pourtant un neurone, un globule blanc, ou encore une cellule épithéliale sont très différentes les unes des autres. « Cadre classique de l’épigénétique »10, cette différenciation cellulaire sur la base d’un même code génétique est un objet d’étude de la biologie du développement.
L’existence de phénomènes épigénétiques se trouve également illustrée par les différences physiques et biologiques constatées chez des animaux de laboratoire clonés14, ou chez les clones naturels que sont les vrais jumeaux (monozygotes) chez qui les empreintes épigénétiques sont beaucoup plus semblables à 3 ans qu’à 50 ans15.
Les changements à l’épigénome au cours de la vie ont été caractérisés de « dérive épigénétique »16. Une vaste étude est toujours en cours pour caractériser les différences entre jumeaux monozygotes17.
Si ces mises en évidence concernent principalement des êtres pluricellulaires Eucaryotes, des phénomènes épigénétiques ont aussi été mis en évidence chez des êtres unicellulaires aussi bien eucaryotes (par exemple la levure)18 que procaryotes19.
Histoire{{}}
En 1999, on met en évidence chez la linaire commune qu’une symétrie de ses fleurs (ci-dessus) se transmet sur plusieurs générations tout en restant réversible20. Il est question d’épimutation et non pas de mutation de l’ADN, rare et définitive.
Article connexe : Histoire de la pensée évolutionniste.
L’histoire de l’épigénétique peut se rapporter aux théories qui se demandent si la totalité des caractéristiques d’un individu est contenue dans l’œuf dont il est issu, aux théories de l’influence du contexte sur la génétique, ou encore à la mise en évidence moléculaire de ces mécanismes et de la réversibilité sur quelques générations d’un caractère, en particulier s’il est créé par l’environnement21.
Par ailleurs, le terme ou des formes dérivées, telle que « épigénisation »N 1, sont également utilisés dans d’autres disciplines, par exemple la géologie.
Épigenèse{{}}
Le mot épigenèse remonte à Aristote qui nommait ainsi le développement d’un œuf informe de façon graduelle aboutissant à un organisme aux tissus différenciés. Cette théorie s’opposa au préformationnisme dont les tenants qui se réclamaient d’Hippocrate postulaient que l’être vivant préexistait en miniature dans le germe22. La théorie de l’épigenèse fut soutenue par l’embryologiste William Harvey qui postulait en 1651 dans son ouvrage intitulé Exercitationes de generatione animalium que « tout ce qui vit vient initialement d’un œuf23 ». À la même époque, la théorie préformationniste (ou préformiste) avait l’appui de Marcello Malpighi tandis que Nicolas Hartsoeker n’était pas préformiste, mais disséminationniste (hypothèse selon laquelle les germes des animaux sont incréés et dispersés à travers le monde)24.
Le débat entre épigénisme et préformationnisme fut une controverse majeure de la biologie au cours des siècles suivants, à travers notamment l’ovisme et l’animalculisme. Elle prendra fin au milieu du XIXe siècle avec le développement de la théorie cellulaire et du rôle de la cellule, déjà envisagée par Buffon dans son Histoire naturelle générale et particulière25, dont la publication en volumes s’étend de 1749 à 1804.
Bénédict Morel propose, en 1857, une théorie de la dégénérescence expliquant que le « crétin des Alpes » était le dernier rejeton d’une longue lignée d’individus de plus en plus dégénérés, rejetant l’hypothèse d’un manque d’iode, pourtant confirmée depuis26.
Émergence de l’épigénétique{{}}
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Andrew Fire et Craig Mello ont reçu conjointement le Prix Nobel de médecine 2006 pour leur travail sur l’interférence par ARN de Caenorhabditis elegans, ver chez qui l’attirance pour une odeur acquise par l’expérience peut être transmise sur 3 générations, et jusqu’à 40 si cette caractéristique acquise est renforcée27 ; et chez qui l’épigénétique est associée à des modifications de longévité, transmises d’une génération à l’autre28.
L’hypothèse de changements épigénétiques affectant l’expression des chromosomes a été émise par le biologiste russe Nikolaï Koltsov29. On attribue la paternité de l’épigénétique dans son sens moderne au biologiste et embryologiste Conrad Hal Waddington qui la définit en 194230 comme une branche de la biologie étudiant les implications entre les systèmes gènes + environnement et leurs produits donnant naissance au phénotype d’un individu.
Cette idée venait combler des lacunes du modèle génétique postulant une équivalence unique entre phénotype et génotype qui ne pouvait expliquer tous les phénomènes liés à la différenciation cellulaireN 2. Il fut alors élaboré une théorie dans laquelle chaque cellule indifférenciée passait par un état critique qui serait responsable de son développement futur non uniquement lié à ses gènes, et pour cette raison qualifié d’épigénétique.
Dans les années 1960 et 1970, les expérimentations en biologie moléculaire fleurissent et donnent lieu à des Prix Nobel. En 1965, pour François Jacob, Jacques Monod et André Lwoff, qui mettent en évidence le rôle de l’ARN dans le contrôle génétique des synthèses enzymatiques et virales31 ; en 1975, pour David Baltimore et Howard Temin, qui mettent en évidence le phénomène de transcription inverse, la synthèse d’un brin d’ADN à partir d’une matrice ARN32.
Ces mécanismes annexes à la génétique sont fondamentaux dans la compréhension et l’émergence de l’épigénétique, mais ils ne remettent pas en cause le modèle standard de compréhension de l’évolution, la théorie synthétique de l’évolution, où seuls le hasard des mutations génétiques et la sélection naturelle sont en cause.
Cette certitude scientifique reste inébranlable jusque dans les années 1990 pendant lesquelles le séquençage complet de plusieurs génomes suggère que cette théorie synthétique doit être complétée, car la communauté scientifique n’y découvre pas la totalité des effets phénotypiques dont elle espérait l’explication. Cette difficulté inattendue remet au goût du jour la recherche de facteurs externes au génome33. L’épigénétique ainsi redéfinie revendique alors sa place comme prolongement et complément de la génétique classique, notamment dans le domaine de la nutrition34, de la reproduction35, et comme « aspect de la post-génomique » accompagnant la recherche dans son passage de l’étude du génome à celui de l’épigénome36.
Dans les années 1980, Robin Holliday nomme « hérédité épigénétique »37 l’hérédité mise en évidence chez les mammifères en 1999 par Emma Whitelaw (en)38. L’étape suivante qui se développe depuis les années 2000 est le travail sur le rôle de facteurs environnementaux sur l’expression génétique, comme en 2007 avec l’exposition au bisphénol A qui perturbe la méthylation de l’ADN de souris38. On étudie alors la possibilité de transmission des caractères acquis et le rôle des gamètes pour savoir s’ils peuvent conserver certains des marqueurs épigénétiques39.
Souvent polémique parce que non prévue par la théorie synthétique de l’évolution (bien que son principe ait été suggéré par Lamarck hors de toute connaissance génétique, et que Darwin lui-même laisse ouverte explicitement dans L’Origine des espèces la possibilité chez les chiens pointers d’effets cumulatifs du dressage), mais surtout parce que prises à tort par le grand public pour une réfutation de l’existant plutôt qu’un complément, ces études accordent volontiers à l’épigénétique un rôle davantage marginal pour expliquer quelques mécanismes d’adaptation et d’évolution des formes vivantes4.
D’autres dimensions du rôle de l’épigénétique sont aussi explorées, comme son incidence sur les neurones pour stabiliser leurs connexions synaptiques, ce qui aurait un rôle sur la mémoire à long terme40 ; ou l’effet d’un stress infantile sur la sensibilité au stress à l’âge adulte par son effet sur la méthylation de l’ADN des récepteurs au glucocorticoïde41.
Codage épigénétique et évolution{{}}
Incarnation des idées évolutionnistes, Charles Darwin examine, contrairement au schéma simplificateur voulant l’opposer radicalement à Lamarck, l’idée que l’ensemble de l’organisme participe à l’hérédité, c’est ce qu’il nomme pangenèse en 186842,43.
Articles détaillés : Évolution, Histoire de la pensée évolutionniste et Transmission des caractères acquis.
L’épigénétique propose des explications au sujet de la transmission des caractères acquis4.
La sélection naturelle combinée à la génétique et au hasard des mutations étaient les seuls facteurs reconnus de l’évolution depuis August Weismann, et jusqu’à l’apparition de l’épigénétique dans les années 1990. Pourtant l’idée de la possibilité de transmettre des caractères acquis est abordée entre autres par Aristote, Jean-Baptiste de Lamarck, Charles Darwin, ou encore Ivan Mitchourine et Lyssenko.
Les caractères épigénétiques ne s’opposent pas aux théories génétiques associées à la sélection naturelle, mais les complètent. Ainsi, l’hérédité épigénétique « présente une plus grande sensibilité à l’environnement et une stabilité inférieure à celle des modifications de la séquence de l’ADN »44.
Selon Jean-Claude Ameisen qui vulgarise le sujet4, les expérimentations scientifiques dans le domaine se sont multipliées dans les années 2000 et 2010. Par exemple sur la transmission de caractères provoqués par le contexte, comme la présence d’une odeur27,45 ou un vécu traumatique. Chez la souris par exemple, un trauma précoce semble avoir des répercussions comportementales et métaboliques sur les générations suivantes, y compris si les descendants n’ont jamais été mis en contact avec les parents (fécondation in vitro et « mère porteuse »)46. Globalement l’étude de ce qui est transmis par les cellules séminales paternelles est utilisée afin d’isoler des caractères exclusivement innés47,48.
On a récemment montré (2017) chez le rat de laboratoire que l’exposition d’une mère à de l’atrazine (désherbant) au moment de la formation des gonades de ses embryons faisait que cette molécule (ou le stress induit in utero par cette molécule) pouvait reprogrammer durablement des cellules souches gonadiques et être source de problèmes épigénétiques dans les générations suivantes (susceptibilité aux maladies induites par l’atrazine, chez les mâles et les femelles)49.
De même, une chimiothérapie subie par un adolescent semble induire des effets épigénétiques (transmis donc à la descendance) via une modification qualitative du sperme (anomalies de l’ADN)50. C’est la première démonstration du fait qu’une exposition chimique précoce peut reprogrammer durablement l’épigénome des cellules souches spermatogènes. Les épimutations de la lignée germinale (cellules du sperme) identifiées suggèrent que la chimiothérapie peut changer l’hérédité épigénétique à la génération suivante50.
Mécanismes Articles détaillés : biologie cellulaire et biologie moléculaire.
Le problème de la différenciation cellulaire (des cellules différentes ayant toutes le même génome) a trouvé son expression moléculaire lorsqu’il est apparu que les mêmes gènes n’étaient pas exprimés d’un type cellulaire à l’autre. Ainsi, la combinaison de gènes nécessaires et suffisants à spécifier un type cellulaire donné est en général exprimée exclusivement dans ce type cellulaire. Dans de nombreux cas, ces gènes restent exprimés tout au long de la vie du lignage cellulaire (l’ensemble des divisions au sein d’un même type cellulaire). Il est donc important de comprendre comment se mettent en place ces spécificités cellulaires (comment les gènes deviennent activés ou réprimés au cours du développement) mais également, comment cette expression est par la suite propagée au cours des divisions cellulaires (par exemple pour maintenir l’expression de gènes spécifiques de l’identité musculaire dans des cellules de muscle). Une grande partie des recherches en épigénétique se concentre justement sur les mécanismes de propagation temporelle de l’expression des gènes, plus particulièrement sur la transcription qui constitue le premier niveau de régulation de l’expression des gènes.
En effet, même si l’expression des gènes peut être régulée à plusieurs niveaux (transcription, épissage, export nucléaire des ARNs, traduction, etc.) la transcription semble être le principal niveau de contrôle. L’état « épigénétique » d’une cellule semble dépendre principalement de deux variables : 1- les régulateurs transcriptionnels présents (par exemple, les facteurs de transcription) et 2- l’état de compaction de l’ADN, qui va déterminer la capacité des régulateurs transcriptionnels à moduler l’expression des gènes. En résumé, la question posée en épigénétique consiste à comprendre comment, à partir d’un même génome, peuvent se mettre en place et se propager au cours de divisions cellulaires des états transcriptionnels (exprimé versus non exprimé) distincts.
Transcription de l’ADN en ARN{{}}
Pour créer des structures biologiques à partir des gènes, l’ADN est d’abord recopié, transcrit en ARN.
Article détaillé : Transcription (biologie).
La transcription est la copie du code génétique de l’ADN en ARN. La double hélice de l’ADN est ouverte et une chaîne d’ARN complémentaire de l’ADN matrice est formée par le complexe de l’ARN polymérase II. Dans le cas des gènes dits « codants » (c’est-à-dire qui codent des protéines), cet ARN messager sert de matrice à la synthèse de protéines lors de l’étape de traduction. De nombreux gènes codent des protéines régulatrices appelées facteurs de transcription, dont la fonction est de moduler l’expression d’autres gènes.
Boucles JH2025-01-15T17:46:00J
d’autorégulation
Schéma illustrant des exemples de boucles d’autorégulation dans le maintien de l’identité cellulaire.
Certains facteurs de transcription comme HNF4 et MyoD sont susceptibles d’activer leur propre expression, engendrant ainsi une boucle dite d’autorégulation51. Ce mécanisme par autorégulation permet la persistance temporelle de l’expression des gènes après que le stimulus déclencheur ait cessé d’opérer. Notamment, après la division cellulaire par méiose ou mitose, si le stimulus à l’origine de l’activation d’un gène est absent, les cellules filles peuvent hériter de cette activation (par exemple par la présence de ces facteurs de transcription). Une telle régulation qui opère en trans, est retrouvée chez des procaryotes (exemple du phage Lambda52) comme chez les eucaryotes. Chez les eucaryotes multicellulaires, ce mécanisme « trans-épigénétique » par autorégulation concerne de nombreux facteurs de transcription impliqués dans la spécification de l’identité cellulaire, et est à ce titre un mécanisme épigénétique majeur.
Structure de la chromatine{{}}
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Schéma illustrant les modifications de la chromatine soit au niveau de l’ADN (méthylation) soit au niveau des histones.
Article détaillé : Chromatine.
La chromatine des eucaryotes, association entre l’ADN et les protéines histones, autour desquelles l’ADN s’enroule en bobine, constitue une couche régulatrice supplémentaire au contrôle de l’expression des gènes. Celle-ci peut être soit décondensée ou « ouverte » (euchromatine), permettant ainsi l’accès à la machinerie transcriptionnelle et à l’expression génique, soit condensée ou « fermée » (hétérochromatine), empêchant ainsi l’expression d’un gène.
Certaines régions du génome sont constamment dans un état chromatinien fermé, on parle d’hétérochromatine constitutive. C’est ainsi le cas des centromères et des télomères.
L’état de la chromatine dépend de plusieurs facteurs qui régulent sa structure en modifiant chimiquement l’ADN ou l’état post-traductionnel des protéines d’histones ou l’action de remodeleurs de la chromatine et de protéines chaperons.
Plusieurs mécanismes de propagation épigénétique de l’information utilisant des modifications de la chromatine se sont mis en place chez les eucaryotes.
L’état des histones{{}}
Articles détaillés : Histone, Méthyle, Méthylation et Acétylation.
Les histones forment la « bobine » autour de laquelle vient s’enrouler l’ADN. Chaque boucle d’ADN avec autour un complexe de 8 histones forme un nucléosome. Ces protéines histones sont elles-mêmes sujettes à plusieurs modifications post-traductionnelles que l’on retrouve principalement sur leurs queues N-terminales qui dépassent de la structure du nucléosome :
- La méthylation : la présence du groupe méthyle au niveau de résidus lysines peut être associée à un état chromatinien répressif, c’est le cas par exemple des tri-méthylations sur les lysines 9 et 27 de l’Histone H3 (H3K9me3 et H3K27me3). La méthylation d’autres résidus est-elle associée à un état ouvert de la chromatine telle la tri-méthylation de la lysine 4 de l’histone H3 (H3K4me3) qui est retrouvée au niveau des promoteurs de gènes exprimés ou encore la tri-méthylation de la lysine 36 de l’histone H3 (H3K36me3) qui est présente le long de la région transcrite des gènes.
- L’acétylation : l’acétylation des lysines diminue la charge (positive) des histones, diminuant ainsi l’interaction avec l’ADN chargé négativement. Cette modification entraine donc une ouverture de la chromatine, permettant ainsi la transcription.
- D’autres modifications peuvent être observées sur les histones et peuvent influer sur l’état d’ouverture de la chromatine, parmi elles la phosphorylation ou encore l’ubiquitination et la sumoylation.
Les modifications d’histones sont régulées par des enzymes spécialisées qui peuvent soit catalyser leur déposition (activité dite d’écriture) ou leur effacement (activité dite d’effacement). Les modifications post-traductionnelles des histones peuvent influencer la chromatine de différentes manières : modification de la charge des histones (comme dans le cas de l’acétylation), modification de la structure de la chromatine, ou signal permettant le recrutement de protéines régulatrices (appelées « lecteurs » de la chromatine). De plus, il existe des régulations croisées très importantes entre les différentes modifications de la chromatine. Par exemple, certaines modifications d’histones inhibent l’activité d’enzymes qui catalysent la déposition d’autres modifications53.
Les modifications d’histones sont souvent abusivement qualifiées d’épigénétiques. En réalité la plupart des modifications d’histones sont directement contrôlées par la transcription et participent à la robustesse plutôt qu’à la propagation des états transcriptionnels des gènes54.
Méthylation de l’ADN Article détaillé : méthylation de l’ADN.
L’expression d’un gène peut également être régulée par une modification chimique de l’ADN : la méthylation ; précisément la méthylation de cytosine en 5-méthylcytosine des paires de base (ou dimères) C-G55.
Cette méthylation peut inhiber l’expression génétique d’un brin d’ADN : une faible méthylation se traduit le plus souvent par une forte expression du gène, alors qu’un haut niveau de méthylation inactive le gène. Cependant, il existe des exemples où une forte méthylation n’a pas de répercussions sur le niveau d’expression.
Chez l’être humain, la méthylation de l’ADN s’effectue au niveau des résidus cytosines des îlots CpG (en), site CpG qui se trouvent essentiellement dans les régions proximales des promoteurs de 60 % des gènes. Dans les cellules normales, ces îlots sont non méthylés, une petite portion devient méthylée pendant le développement, rendant ainsi quelques gènes silencieux de manière stable.
On a longtemps pensé que la présence d’un groupe méthyle N1 sur des bases adénine de l’ADN et de l’ARN était une forme de dommage de l’ADN, mais des travaux récents (2016) indiquent que cette méthylation survient aussi dans des sites spécifiques des ARN messagers, où il affecte l’expression des protéines56.
L’empreinte parentale - Article détaillé : Gène soumis à empreinte.
Lors de la division cellulaire (mitose), un gène peut être transmis avec état de méthylation de l’ADN qui le porte, comme on peut donner un livre avec des marque-pages, mais on considère généralement que pour la reproduction (méiose et fécondation), il y a un nettoyage de tout marquage épigénétique pour permettre le développement d’un nouvel individu.
« Or, des travaux réalisés sur la souris ont récemment révélé [2013-2014] que les brins d’ADN portés par les gamètes (spermatozoïdes et ovules) ne sont pas totalement « vierges » de ces molécules de transcription57 ! »
La méthylation de l’ADN est l’acteur majeur de la mise en place de l’empreinte parentale, mécanisme par lequel l’expression d’un gène va dépendre de l’origine parentale. Par exemple, dans le cas d’un gène à expression maternelle, l’allèle paternel est méthylé et entièrement éteint alors que l’allèle maternel est non méthylé et entièrement exprimé. L’empreinte parentale dépend également des modifications de la chromatine58. La méthylation de l’ADN est également souvent observée dans les gènes répétés et les rétrotransposons et pourrait être un mécanisme naturel pour l’inactivation des gènes inutiles et potentiellement délétères s’ils étaient exprimés59. Les méthylations de l’ADN peuvent soit être héritées, soit créées ou modifiées en réponse à un facteur environnemental.
Inactivation du chromosome X chez les mammifères femelles{{}}
Article détaillé : Inactivation du chromosome X.
L’inactivation du chromosome X, est un processus à partir duquel un des deux chromosomes X de la femelle mammifère est inactivé, ce qui permet de compenser la double dose de gènes de ce chromosome par rapport aux mâles. Le chromosome X inactif est fortement hétérochromatinisé et prend une forme compacte visible dans le noyau des cellules, connue sous le nom de corpuscule de Barr. Par conséquent une majorité des gènes du chromosome X inactif n’est plus exprimée. Le choix du chromosome X à inactiver se fait au hasard pendant le développement embryonnaire précoce. L’état inactif du chromosome X est ensuite fidèlement transmis à la descendance des cellules dans lesquelles le choix a été effectué. On est donc bien en présence d’un phénomène épigénétique puisque coexistent au sein d’une même cellule deux chromosomes dans des états différents et que ces états sont propagés au fil des divisions cellulaires.
Méthylation globale{{}}
Il existe une interdépendance entre la méthylation de l’ADN et celle des histones : on a montré une interaction entre certaines protéines à activité de méthylation de l’ADN, et un système de méthylation des histones55. Nous sommes donc en présence d’un lien direct entre les activités enzymatiques responsables de deux mécanismes épigénétiques distincts.
L’épigénétique est donc un système régulateur fondamental, au-delà de l’information contenue dans la séquence d’ADN. Le gène défini par Mendel doit maintenant être considéré avec la chromatine qui l’entoure puisqu’elle joue un rôle primordial dans la régulation transcriptionnelle et que, de plus, elle est héréditaire tout comme les gènes mendéliens.
Système de transmission structurelle{{}}
La transmission structurelle est un mécanisme encore mystérieux. Il implique la transmission entre cellules (voire entre cellules de générations différentes) de structures particulières (par exemple de protéines). Ces structures modifiées semblent jouer le rôle de « patron » pour l’organisation structurelle de la génération suivante. Ce mécanisme de transmission a été mis en évidence dans les organismes unicellulaires ciliés comme la tetrahymena ou la paramécie. En effet, pour des cellules semblables au niveau génétique, on peut observer des différences dans l’organisation des cils de surface. Cette organisation est transmissible à la génération suivante60. On soupçonne une telle transmission d’être également possible pour les organismes multicellulaires.
Implication et application{{}}
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8b/Souris.jpg/220px-Souris.jpg
Un stress vécu dans la petite enfance d’une souris pourrait laisser une empreinte sur la descendance pendant au moins deux générations, des modifications de comportement, des modifications de consommation du sucre et l’augmentation de la production de certaines molécules dans leur hippocampe, et qui plus est, même si le petit ne connait aucun contact avec les parents, conçu par fécondation in vitro à partir des spermatozoïdes de la souris stressée4,61.
Pathologie{{}}
L’épigénétique aurait un rôle dans des maladies complexes62, mais étant un sujet d’étude récent, voire en plein boom, les études émettent majoritairement des conjectures sur des facteurs influant plus que des certitudes scientifiques sur d’éventuels rapports de cause à effet.
Causes et transmission héréditaire{{}}
Article détaillé : transmission des caractères acquis.
« Trois voies de transmission sont possibles : la transmission héréditaire par les cellules germinales, ovocyte et spermatozoïdes, l’imprégnation in utero et la transmission par les interactions sociales26. »
Il est question de caractéristiques de santé héritées d’un vécu des parents, par exemple l’influence du stress sur la taille des nouveau-nés63 ou de la faim pendant la gestation, sur la santé de la descendance (par exemple lors de la famine aux Pays-Bas en 1947N 3). En 2002, deux études ont été publiées concernant les effets sur la descendance humaine de la nutrition. L’une sur l’effet des privations alimentaires entre 1890 et 1920 sur la descendance38. L’autre sur une population dont étaient référencés tous les individus, ainsi que leur alimentation en fonction des récoltes, et qui a montré qu’une grand-mère ayant vécu une famine transmet cette information à sa descendance qui peut développer des maladies alors qu’elle n’a jamais connu de famineN 4.
En 2010, Frances Champagne met en corrélation la malnutrition, le stress et l’exposition aux produits toxiques de la mère avec l’état de santé des enfants, voire des petits enfants64. De même, des études ont montré que les enfants de femmes enceintes durant les événements du 11 septembre 2001 possédaient un taux de cortisol plus élevé65. On peut lire dans la même veine que « la mémoire traumatique de l’Holocauste se transmettrait génétiquement » avec la précision « Il s’agit de la première démonstration de transmission d’un traumatisme parental à son enfant, associé à des changements épigénétiques66 ».
Ces phénomènes impliqueraient que certaines maladies ne sont pas dues à une variation de la séquence d’ADN mais peut-être à des « épimutations ». Par exemple, une anomalie épigénétique serait impliquée dans plus de la moitié des cas de syndrome de Silver-Russel67.
Comportement et psychisme{{}}
Depuis 2010, des études lient des états mentaux et comportementaux à l’épigénétique, par différentes voies :
- l’épigénétique a un impact sur les neurones, via une stabilisation de leurs connexions synaptiques, ce qui aurait un rôle sur la mémoire à long terme40 ;
- un stress infantile produit une sensibilité au stress à l’âge adulte, éventuellement transmissible à plusieurs générations suivantes, par son effet sur la méthylation de l’ADN des récepteurs au glucocorticoïde41 (par exemple, traumatiser un souriceau mâle en le séparant régulièrement et imprévisiblement d’avec sa mère, et en stressant la mère modifiera le comportement de sa descendance sur quatre générations). La dépression adulte, à la suite d’une maltraitance quotidienne de 30 minutes chez la souris, est associée à un marquage épigénétique d’un facteur neurotrophique dérivé du cerveau68.
- De même chez l’adolescent ou l’adulte humain, des expériences, des événements, un stress physique, sexuel, de deuil ou d’abandon, ou d’autres facteurs environnementaux génèrent la production d’étiquettes épigénétiques qui peuvent rester actives durant toute la vie de l’individu. Cet effet du traumatisme se transmet d’une génération à l’autre via des modifications épigénétiques des cellules qui forment les spermatozoïdes et/ou les ovocytes. Les spermatozoïdes transmettent ce changement du programme génétique à la descendance et il est possible que les ovules fassent de même (phénomène moins étudié à ce jour) ;
- la mémorisation modifie elle-même l’expression de nos gènes69 (par exemple le gène qui produit le BDNF (brain-derived neurotrophic factor), protéine impliquée dans la mémorisation spatiale et d’objets). La mémorisation implique le passage d’un signal électrique qui traverse des cellules neuronales en les transformant, ce qui peut conduire à une modification de la structure et forme du neurone, qui formera par exemple de nouvelles connexions. Ce processus implique l’action de plusieurs familles de protéines (enzymes, récepteurs, neurotransmetteurs…) synthétisées par le neurone dans son cytoplasme, autour du noyau, codées par de l’ARN messager à partir de l’information génétique contenue dans l’ADN cellulaire. On sait qu’un même gène peut produire des protéines différentes en s’exprimant différemment, grâce notamment à des étiquettes épigénétiques se fixant sur ou autour de l’ADN69 ;
- les enfants de personnes ayant vécu des épreuves douloureuses sont plus vulnérables à divers troubles psychologiques, même quand ils n’étaient pas nés (ni même conçus) lors de ces événements. Cette vulnérabilité n’est pas due qu’au fait d’avoir été élevés par des parents traumatisés, ces enfants sont marqués épigénétiquement, l’expression de gènes impliqués dans la régulation du stress étant modifiée durablement70.
À partir des années 2010, des auteurs pensent qu’on pourrait bientôt « identifier des mécanismes épigénétiques impliqués dans le développement des maladies psychiatriques », proposer des modifications épigénétiques contrecarrant celles induites par un stress passé (qui semblent pouvoir être réversibles), et/ou trouver de « nouvelles cibles thérapeutiques »71. Mais, en 2012, d’autres auteurs rappellent que le statut de vérité scientifique du rôle de l’épigénétique dans les troubles mentaux est encore loin d’être atteint72 et donc des « épimédicaments » soignant les conséquences de traumatismes (et/ou améliorant la mémoire ?). Selon Isabelle Mansuy, étant donné la complexité des altérations épigénétiques induites par le stress, un médicament unique semble illusoire.
D’autres auteurs font le lien entre pauvreté ou guerres et santé mentale, par différents vecteurs, avant de conclure : « Par conséquent, la priorité devrait être donnée aux politiques et programmes qui réduisent le stress parental, augmentent le bien-être émotionnel des parents et leur assurent des ressources matérielles suffisantes73. »
Cancer{{}}
« Des changements épigénétiques et des mutations génétiques sont présentes dans tous les types de cancers, mais leurs interactions sont si complexes qu’il est difficile de connaître les événements initiaux74. »
Le cancer est une prolifération de cellules toutes issues d’un même clone qui a acquis certaines caractéristiques lui permettant une résistance accrue et une capacité à se diviser indéfiniment. On peut donc l’envisager sous l’angle d’une maladie de l’expression des gènes. En effet, les mutations spontanées des gènes sont plutôt rares, les cellules humaines en culture présentent un taux de mutations spontanées de 2 × 10−7 mutations par gène par division cellulaire et l’on considère ainsi que d’autres mécanismes sont en cause pour expliquer l’apparition des cancers.
Plusieurs types de cancers sont associés à une réduction globale du taux de méthyl-cytosines dans le génome par rapport au tissu normal, alors qu’à l’inverse on observe parfois que certains gènes suppresseurs de tumeurs sont rendus silencieux par méthylation de novo de leur promoteur.
Des tumeurs peuvent maintenir stablement une mutation sur un allèle de gène alors que l’autre est hyperméthylé, et ainsi inactivé.
De plus, les gènes suppresseurs de tumeurs résident souvent au sein de régions caractérisées par des délétions fréquentes, aboutissant à une perte d’hétérozygotie (LOH).
Enfin, dans certaines de ces régions sont observés des événements épigénétiques sans altérations génétiques. Ces altérations épigénétiques (ex : méthylation de l’ADN et modifications des histones), semblent initier des processus qui résultent en une perte ou une activation de la transcription des gènes. Même une mutation peut être initialement due à un mécanisme épigénétique puisque, par exemple, une 5-méthyl-cytosine peut se désaminer (perte de la fonction amine) spontanément en thymine (autre base de l’ADN). Dans ce cas, la cause primaire est un phénomène épigénétique. On espère donc un jour pouvoir traiter certains cancers par des médicaments ciblant les modifications épigénétiques (moins fixes que les modifications génétiques, et parfois réversibles).
« Un essai a permis tout récemment d’observer l’effet positif d’un médicament qui supprime les modifications épigénétiques chez des personnes atteintes de cancers induits par des virus (cancers du col de l’utérus et certains cancers ORL dont ceux du nasopharynx). Les premiers résultats sont très encourageants75. »
Prions{{}}
Les maladies infectieuses ne sont pas habituellement décrites comme des régulateurs épigénétiques, mais l’infection et la transmission verticale de virus fonctionnent de manière identique. De plus, certains prions ont montré des effets76 bénéfiques et, comme ils décrivent la nature adaptative des protéines, ils ont été décrits comme des mécanismes de transmission épigénétique.
Agents pathogènes{{}}
Certaines bactéries pathogènes sont capables d’induire des changements épigénétiques dans les cellules qu’elles infectent. Par exemple Listeria monocytogenes provoque des modifications d’histones par le biais de nucléomodulines tandis que l’infection par Helicobacter pylori entraîne une hyperméthylation du génome des cellules concernées77. Cette stratégie vise généralement à empêcher l’activation de gènes de la réponse immunitaire.
Adaptation des plantes au stress hydrique{{}}
Du fait du réchauffement climatique, il devient essentiel de rechercher des variétés moins exigeantes en eau. Des études permettent de mieux comprendre l’adaptation des plantes au stress hydrique et en particulier aux régulations épigénétiques78.
Thérapeutique{{}}
La thérapie épigénique consiste à modifier la chaîne d’ADN. Lors de la réplication le brin d’ADN est ouvert en deux et les sections manquantes reconstituées. Il est alors possible d’introduire des bases empêchant sa méthylation pour réactiver un gène.
« Les variations épigénétiques sont finalement assez plastiques. Elles peuvent être effacées par des traitements chimiques, ce qui ouvre d’immenses perspectives thérapeutiques. Cet espoir s’est déjà concrétisé par le développement de premières « épidrogues » pour traiter certains cancers79. »
Thérapies épigénétiques{{}}
La thérapie épigénétique (en) (appelée aussi épithérapie) agit sur l’expression des gènes, quand la thérapie génique consiste à changer les gènes.
La thérapie épigénétique peut consister néanmoins à agir directement sur l’ADN, sur la nature de ses constituants. C’est le cas d’une thérapie qui consiste à réactiver un gène silencieux en empêchant la méthylation de l’ADN en remplaçant un nucléotide normal (ici la cytosine), par un nucléotide qui ne peut être méthylé. Les analogues nucléosides ne pouvant être méthylés comme la 5-azacytidine sont incorporés lors de la réplication de l’ADN, ce qui semble montrer une efficacité dans le traitement de cancer du poumon80, et des essais cliniques sont en cours pour traiter les syndromes myélodysplasiques et certaines leucémies, sièges d’une hyperméthylation génique81.
Pour les cancers, les espoirs portent sur l’azacitidine, la décitabine, le panobinostat, la romidepsine, le belinostatle et le vorinostat82.
Thérapies indirectement épigénétiques{{}}
Une intervention indirecte sur l’épigénome consiste à moduler la disponibilité des groupements méthyles. Pour ce faire, il est possible :
- de faire varier les concentrations de cofacteurs transportant les groupes méthyles (plus couramment la cobalamine — vitamine B12 — et l’acide folique83,84, mais aussi la choline et la triméthylglycine, une bétaïne) ;
- d’intervenir sur les xénobiotiques et les autres facteurs reconnus pour avoir un impact sur la méthylation (ces traitements sont le plus souvent préventifs) ;
- de contrer le stress oxydatif, reconnu pour son impact négatif sur l’épigénome ;
- de réduire les concentrations d’homocystéine ;
- de moduler la disponibilité des groupes méthyles en intervenant sur leur incorporation dans les accepteurs de groupes méthyles autres que l’ADN, notamment les phospholipides des membranes cellulaires85,86.
Il a été proposé que la vitamine B12, l’acide folique, l’ADH, ainsi que le stress oxydatif ont un rôle à jouer, via des modifications épigénétiques, dans les altérations de la neurogenèse observées chez les enfants prématurés86.
Médicaments et drogues ayant des effets épigénétiques non thérapeutiques{{}}
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Certains médicaments et certaines drogues pourraient avoir des effets épigénétiques indésirés. Selon des hypotèses de 2009 et 2013, ces effets seraient fréquents87. Par exemple, selon des modélisations informatiques, 5 % des médicaments connus pourraient agir avec l’histone désacétylase, qui n’est qu’un facteur de régulation épigénétique parmi d’autres88.
Parmi les médicaments et drogues ayant des effets épigénétiques indésirables, on peut mentionner certains des plus connus : le célécoxib, un anti-inflammatoire non stéroïdien, les antidépresseurs de classe ISRS (le citalopram, la fluoxétine87) et tricyclique (l’imipramine87), la tamoxifène, un régulateur des récepteurs de l’œstrogène utilisé dans le traitement du cancer du sein, l’acide valproïque, un médicament indiqué dans de nombreuses pathologies neurologiques, et, parmi les drogues, la cocaïne et les opiacés. La liste est encore incomplète88. Voir aussi : Effet épigénétique des antidépresseurs.
Une étude suggère que les effets secondaires épigénétiques des médicaments peuvent être impliqués dans l’étiologie des maladies cardiaques, le cancer, les troubles neurologiques et cognitifs, l’obésité, le diabète, l’infertilité, et la dysfonction sexuelle87. Les effets secondaires épigénétiques causés par un médicament, peuvent persister une fois le traitement arrêté selon certains auteurs87, tandis pour d’autres, l’intérêt des thérapies épigénétiques repose au contraire sur la réversibilité de ces effets89.
Le terme d’épigénétique en psychologie Article détaillé : Erik Erikson.
Le psychologue Erik Erikson développa une Théorie épigénétique du développement humain traitant des crises psycho-sociales vécues par l’individu, servant ainsi à décrire différentes étapes développementales entrecoupées par ces crises90. Selon lui, même si ces crises ont le plus souvent une origine génétique, la manière dont elles se vivent ne peut être expliquée par la génétique et donc, en écho à la théorie en biologie, sont qualifiées d’épigénétiques.
Source de l’article complet avec Notes et références : https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89pig%C3%A9n%C3%A9tique
Stress et santé humaine, les nouveaux chemins de l’épigénétique - Autrice : Raphaëlle Chaix – Document ‘mnhn.fr’
On a longtemps cru que le patrimoine génétique était une sorte de disque dur de l’hérédité, insensible à toute influence environnementale. Depuis la fin du XXe siècle, il ne fait plus aucun doute que les gènes peuvent, ou non, être activés selon des facteurs externes. En particulier, des marques chimiques laissées sur le génome au cours de la vie des individus exercent une influence sur leur santé, de même que sur celles de leurs descendants.
Chacune des cellules du corps humain contient deux mètres d’ADN. Chaque individu en compte 60 milliards de km, soit 400 fois la distance de la Terre au Soleil. Cette molécule en forme de double hélice se situe, sous forme hautement condensée, dans le noyau de la cellule, qui ne mesure que quelques micromètres de diamètre. Elle est le support de l’information génétique, un livre composé de trois milliards de lettres (les quatre bases azotées, adénine, thymine, cytosine et guanine), unique à chaque individu. Depuis plusieurs décennies, cet ADN est scruté par les chercheurs pour comprendre comment les phénotypes (l’ensemble des caractères observables d’un individu) et les maladies se transmettent de génération en génération.
De nombreuses découvertes mettent en évidence l’influence de l’information dite « épigénétique » sur la santé humaine.{{}}
Cette information, stockée notamment sous forme de molécules chimiques qui jalonnent la double hélice d’ADN (par exemple les méthylations situées au niveau de certaines cytosines), intervient dans « l’allumage » ou « l’extinction » des gènes. Ainsi, en amont de la majorité des gènes se trouve une région généralement dépourvue de ces méthylations. Mais, si cette région est méthylée, la machinerie enzymatique permettant de lire le gène ne peut pas s’accrocher et le gène est alors éteint (pas ou peu de protéines sont produites). D’autres processus épigénétiques comme les marques d’histones et les micro-ARNs interviennent également dans la régulation de l’expression des gènes.
L’épigénome est effacé à chaque génération. Il se met en place très tôt dans la vie de l’individu, sous l’influence de facteurs à la fois génétiques et environnementaux. Les expositions environnementales à l’âge précoce, notamment lors de la période prénatale et de l’enfance, jouent un rôle crucial. Elles peuvent laisser des marques épigénétiques que l’individu conserve toute sa vie, influençant son phénotype et sa santé à long terme. Cela explique notamment que deux jumeaux génétiquement identiques présentent généralement des variations phénotypiques, et peuvent développer des maladies différentes.
Certaines de ces marques épigénétiques permettraient à l’individu de s’adapter à son environnement, mais elles peuvent également se révéler délétères. Lors de la famine de l’hiver 1944 – 1945 en Hollande, les enfants exposés à cette famine in utero ont révélé, 60 ans plus tard, un risque accru de maladies cardiovasculaires et de troubles diabétiques en lien avec des profils épigénétiques spécifiques. Ces marques épigénétiques auraient permis un meilleur stockage énergétique pour survivre dans cette situation de famine, mais se sont révélées finalement nocives car l’environnement alimentaire de leur vie adulte s’était enrichi.
L’effet du stress sur l’épigénome de l’individu et de ses descendants{{}}
Modulation épigénétique de l’axe hypothalamo-hypophysaire-surrénalien (aussi surnommé axe du stress) © AFDEC
De même, les enfants exposés à des débuts de vie difficiles, voire traumatiques, c’est-à-dire ayant subi des abus ou ayant été confrontés à la négligence ou à la maltraitance, portent des marques épigénétiques spécifiques, susceptibles d’influencer leur santé.
L’une d’elles, située dans le cerveau au niveau de l’hippocampe, régule l’activité de l’un des systèmes neuroendocriniens, appelé « axe du stress ». Des hormones fabriquées par le cerveau agissent sur les glandes surrénales pour qu’elles libèrent en cas de situation stressante le cortisol, une hormone qui a notamment pour fonction de mobiliser les réserves énergétiques nécessaires pour répondre à une situation de stress. Le cortisol remonte ensuite au cerveau et vient éteindre l’axe du stress. Grâce à ce rétrocontrôle négatif, l’organisme peut se détendre et reprendre son cours normal une fois la situation stressante terminée.
Chez les individus exposés à un début de vie traumatique, la marque épigénétique située dans l’hippocampe limite l’expression des récepteurs au cortisol et réduit l’efficacité de ce rétrocontrôle. Les individus ont tendance à rester dans un état d’hyper-vigilance même lorsque la situation stressante est terminée. Ils sont davantage sujets au stress et à l’anxiété que la moyenne des individus et ont un risque accru de psychopathologies.
Ces effets délétères du stress de début de vie ont d’abord été montrés chez les rongeurs, avant d’être identifiés chez l’humain. Chez les rongeurs, ils peuvent se transmettre sur un grand nombre de générations. Les individus stressés lors de leur début de vie ont tendance à moins bien materner leurs petits, ce qui induit chez eux la même marque épigénétique au niveau du récepteur au cortisol. De nombreux autres gènes voient leur niveau d’expression modifié à long terme lorsque les individus ont été stressés en début de vie.
Le suivi de femmes enceintes ayant fait face à des situations de stress importantes, comme lors de guerres ou d’épisodes climatiques extrêmes, a également mis en évidence l’influence du stress prénatal sur l’épigénome des enfants à naître, à la fois au niveau du récepteur au cortisol ainsi qu’au niveau de nombreux autres gènes également impliqués dans la santé de ces enfants. Il semblerait également que le niveau de stress (ou l’exposition à des traumas) du père et des grands-parents puisse avoir un impact sur l’épigénome de leurs enfants et petits-enfants. Ces effets montrent l’importance de l’épigénétique intergénérationnelle.
L’ensemble de l’information épigénétique portée par les gamètes ne serait ainsi pas entièrement remise à zéro lors de la fécondation, et cela contribuerait à l’état de santé des individus. Peu de données en revanche laissent penser que l’effet du stress chez un ancêtre puisse se transmettre au-delà de ces deux générations. En revanche, il a été démontré expérimentalement chez le petit vers nématode Caenorhabditis elegans élevé en laboratoire qu’un stress thermique laisse des traces épigénétiques sur les 14 générations suivantes non élevées en conditions thermiques stressantes.
Une horloge épigénétique qui va trop vite, mais que la gestion du stress peut ralentir{{}}
Le stress a encore d’autres effets sur l’épigénome.{{}}
Il a notamment été montré qu’il accélère ce que l’on appelle l’horloge épigénétique. Au fur et à mesure que la vie avance, l’épigénome se modifie. Il est ainsi possible, à partir de l’épigénome, de retrouver l’âge de l’individu. Si cet âge épigénétique de l’individu est supérieur à son âge chronologique (par exemple s’il a 38 ans mais que son âge épigénétique est égal à 42 ans), cela signifie que le rythme de son horloge épigénétique est supérieur au rythme moyen dans la population, et cela est associé à un risque plus élevé de mortalité et de maladies chroniques (Alzheimer, maladies cardiovasculaires, cancer, Parkinson, etc.). Le stress de début de vie, ainsi que le stress chronique, accélère le rythme de cette horloge épigénétique.
Méditation © Syda Productions - stock.adobe.com
Est-il possible d’effacer ces marques épigénétiques induites par le stress et potentiellement délétères pour la santé ?{{}}
Certaines voies thérapeutiques envisagent le développement d’épimédicaments qui viendront modifier l’épigénome. En attendant, il est possible que des modifications du mode de vie puissent avoir un effet positif.
Pour tester cette hypothèse, nous avons étudié l’influence de techniques de réduction du stress fondées sur la méditation. Nous avons pour cela comparé deux groupes d’étude, un groupe d’individus ayant au moins trois années de méditation à leur actif et un groupe contrôle. L’étude a montré que huit heures de méditation intensive induisent des changements épigénétiques significatifs dans des régions du génome impliquées dans le métabolisme et le vieillissement des cellules immunitaires. L’épigénome se modifie donc rapidement en réponse à la gestion du stress. Cette étude a également mis en évidence un effet de la méditation à plus long terme : plus les méditants ont d’années de méditation à leur actif, plus leur horloge épigénétique est ralentie ! C’est vrai aussi bien pour les hommes que pour les femmes. Ces résultats pilotes montrent donc que l’épigénome peut effectivement répondre positivement à des modifications du mode de vie.
Vers le futur{{}}
L’épigénétique est à la mode car elle vient bousculer les excès du déterminisme génétique, en offrant l’espoir de pouvoir reprendre son destin biologique en main. Toutefois, ces conclusions doivent, à ce stade, rester prudentes car ces études sont encore peu nombreuses et la part exacte de l’épigénome qui peut en effet répondre à ces interventions sur le mode de vie reste à déterminer.
L’épigénétique soulève également des questions de société, notamment sur les inégalités en termes d’exposition au stress et d’accès à la gestion du stress. Les discriminations induisent des charges de stress supérieures dans certaines classes sociales, et cela peut contribuer via des mécanismes épigénétiques à des risques épidémiologiques plus importants. Il appartient aux chercheurs de comprendre les mécanismes moléculaires à l’origine de ces effets et à la société tout entière de lutter contre ces inégalités.
Extrait de l’ouvrage La Terre, le vivant, les humains (Coédition MNHN / La Découverte), 2022.
La Terre, le vivant, les humains Coédition Muséum national d’Histoire naturelle / La Découverte 2022 - Sous la direction de Jean-Denis Vigne et Bruno David - 196 × 249 mm 420 pages 45 € Acheter cet ouvrage
Autrice : Raphaëlle Chaix {{}}Chercheuse en anthropologie génétique au Muséum national d’Histoire naturelle (Éco-anthropologie - UMR 7206)
Aller plus loin : Alimentation & Santé Génétique
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Source : https://www.mnhn.fr/fr/stress-et-sante-humaine-les-nouveaux-chemins-de-l-epigenetique
L’épigénétique, entre fantasmes et réalité - Publié : 12 janvier 2025, 09:25 CET – Par Corinne Augé et Sylvaine Renault – Document ‘The conversation’
Auteurs :
https://cdn.theconversation.com/avatars/2246620/width170/image-20250107-15-lun84y.jpgCorinne AugéProfesseur en génétique moléculaire et biotechnologie, Université de Tours
https://cdn.theconversation.com/avatars/2278342/width170/image-20250108-15-jmh868.jpgSylvaine Renault
Enseignant-chercheur en Génétique moléculaire, Université de Tours
La régulation épigénétique est à la base de la différenciation sexuelle entre mâles et femelles chez les tortues. Seasoning_17/Shutterstock
Déclaration d’intérêts : Corinne Augé a reçu des financements de l’Institut National contre le Cancer (INCa), La Ligue Nationale contre le Cancer (LNCC) et de la région Centre Val de Loire. Renault Sylvaine Enseignant-chercheur en Génétique moléculaire a reçu des financements de la Région Centre Val de Loire, La Ligue contre le Cancer.
Partenaires : Université de Tours apporte un financement en tant que membre adhérent de The Conversation FR. Voir les partenaires de The Conversation France
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Le terme « épigénétique » est à la mode, parfois dévoyé à des fins commerciales, mais cette jeune discipline scientifique a énormément à nous apprendre de l’embryologie jusqu’à la compréhension du cancer. Faisons le point.{{}}
Avez-vous déjà entendu parler d’épigénétique ? Cette notion est à la mode et vous avez pu voir passer des annonces pour des stages de remise en forme épigénétique, des conseils d’alimentation adaptée grâce à un épi-nutritionniste, et même pour du sérum épigénétique anti-âge pour vos rides… Tous ces produits estampillés « épigénétique » existent ! Et ils font la fortune d’opportunistes. Il ne s’agit pas de prétendre que le sérum n’estompera pas vos rides ni qu’une bonne alimentation n’améliorera pas votre santé, mais d’affirmer que rien ne prouve que l’épigénétique ait un quelconque rôle dans tout ça.
Par ailleurs, Edith Heard vient de recevoir la médaille d’or du CNRS, un prix prestigieux, pour ses travaux sur l’épigénétique et les premiers « épi-médicaments » sont testés lors d’essais cliniques contre le cancer. Alors, où est la vérité dans tout ce qu’on peut lire ou entendre ? Où en est la recherche ?
Définir l’épigénétique{{}}
L’épigénétique, une toute jeune discipline scientifique, a pour objectif d’expliquer comment, quand et avec quelle intensité chaque cellule contrôle le fonctionnement de chacun de ses gènes, en lien avec son environnement. En effet, toutes les cellules qui constituent un individu possèdent la même collection de gènes (le même génome), pourtant, chacune d’entre elles a une fonction différente parce que chaque cellule n’utilise qu’une petite fraction de ses gènes. L’épigénétique recèle donc l’espoir fou de comprendre non seulement le vivant, mais aussi les interactions entre les êtres vivants et avec le monde qui les entoure. Tous les domaines de la biologie sont concernés, de l’évolution des espèces à la santé humaine, en passant par le fonctionnement du cerveau ou le développement embryonnaire.
Grâce à un système de signalisation, appelé « marques épigénétiques », les cellules utilisent de façon appropriée les informations génétiques contenues dans leur noyau. Celles-ci conditionnent le degré de compaction de la chromatine, constituée d’ADN et de protéines. Si la chromatine est compacte, les gènes présents dans cet environnement ne vont pas pouvoir s’exprimer. Au contraire, si des gènes sont dans une structure de chromatine ouverte, ils vont pouvoir s’exprimer et des protéines ayant des fonctions spécifiques pourront être produites. La balance des régions « chromatine ouverte » versus « chromatine compacte » est déterminante pour que le programme d’une cellule soit correctement effectué et que l’identité des cellules soit reproduite au cours des divisions cellulaires.
https://images.theconversation.com/...
https://images.theconversation.com/files/641658/original/file-20250110-15-ilwbux.png?ixlib=rb-4.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip
Schéma illustrant les modifications de la chromatine, soit au niveau de l’ADN (méthylation) soit au niveau des histones. NIH, Wikipedia, CC BY-SA
Ces mécanismes ont été scientifiquement démontrés comme étant impliqués dans le contrôle du développement embryonnaire chez tous êtres vivants (animal ou végétal, y compris, l’humain) ou en réponse à l’environnement chez les plantes, ainsi que dans de nombreuses pathologies comme le cancer.
L’épigénétique, un rôle primordial dès l’embryon{{}}
Par exemple : Imaginons que vous êtes en train d’apprendre quelque chose : à jouer d’un instrument de musique ou ce qu’est l’épigénétique. Le processus de mémorisation à moyen et long terme résulte de la mise en réseau de quelques neurones qui voient leur système de communication renforcé par la répétition du geste ou de la lecture du concept. Et ce renfort de la communication entre neurones est dû à l’apposition de marques épigénétiques activatrices au niveau des gènes responsables de la formation des souvenirs. Si vous négligez un souvenir, ces marques s’effacent et vous l’oubliez.
Autre exemple : vous êtes fumeur… À chaque cigarette, la fumée qui pénètre dans vos poumons va modifier les marques épigénétiques déposées sur l’ADN de vos cellules pulmonaires, conduisant à la surexpression des oncogènes (des activateurs de tumeur) et/ou l’inhibition de gènes suppresseurs de tumeurs ouvrant ainsi la porte au cancer.
Mais en réalité, le moment où l’épigénétique joue son rôle le plus spectaculaire, c’est au cours du développement de l’embryon et du fœtus, pour former les différents organes. Vous ne vous êtes jamais demandé comment, après la fécondation, la cellule unique qui résulte de la fusion de l’ovule et du spermatozoïde va pouvoir devenir un bébé ? Avec ses milliards de cellules spécialisées, les neurones, les muscles, les cellules cardiaques ? Si cette cellule unique ne faisait que proliférer, on obtiendrait une grosse boulette sans bras, ni jambe, ni cerveau ! C’est parce que les cellules qui sont produites à partir de cette cellule originelle se spécialisent au fur et à mesure qu’elles sont formées ; et cette spécialisation (on dit que les cellules acquièrent une identité) se fait grâce à l’apposition de marques épigénétiques qui vont à la fois éteindre la fraction de gènes dont une cellule donnée n’aura pas besoin et activer ceux dont elle doit se servir. C’est l’apposition de ces marques épigénétiques, en lien avec l’expression de facteurs de transcription spécifiques (les protéines qui participent au contrôle de l’activité des gènes), qui programme la cellule pour qu’elle devienne un neurone ou une cellule cardiaque.
Au cours de ce processus, la spécialisation des cellules est très sensible à la qualité de l’environnement utérin. Et l’organe le plus sensible, c’est le cerveau. Un excès d’alcool ou une prise régulière de cannabis pour éviter les nausées du premier trimestre par exemple, et le cerveau du bébé se développera moins bien, la programmation des neurones et leur communication seront altérées.
Des différences épigénétiques pour des destins bien différents{{}}
Les régulations épigénétiques au cours du développement embryonnaire peuvent aussi, chez certains animaux, changer le destin de l’individu… Chez les abeilles, cette régulation détermine l’organisation sociale de la ruche. En effet, la méthylation différentielle de certains gènes engage les abeilles dans une vie soit de reine, soit d’ouvrières, et ce uniquement par une nourriture différente lors du développement des larves. De façon aussi incroyable, la régulation épigénétique est à la base de la différenciation sexuelle entre mâles et femelles chez les tortues. Les mâles vont se développer à une température basse (26 °C) et les femelles à une température plus haute (32 °C). La température basse va permettre la déméthylation de l’ADN autour d’un gène de différentiation mâle, conduisant à la production de mâles.
La reprogrammation épigénétique du génome, qui s’opère au cours du développement embryonnaire, est indispensable afin d’effacer les marques épigénétiques présentes dans les gamètes parentaux pour ensuite implémenter les modifications spécifiques à chaque cellule.
Ce même processus se met en place au cours de la formation des cellules tumorales. Les cancers, qui sont tout autant des maladies génétiques qu’épigénétiques, se développent en réprimant des gènes suppresseurs de tumeurs et en activant des oncogènes, par l’accumulation de mutations et d’épimutations. Mais également, en effaçant, plus ou moins complètement, les marques épigénétiques qui déterminent l’identité de la cellule en cours de cancérisation. Ces découvertes ont conduit à développer des épi-médicaments ciblant les enzymes de ces différents mécanismes.
La reprogrammation des marques épigénétiques pour traiter certaines pathologies est une stratégie porteuse d’espoir. Mais il est éthiquement discutable d’associer le terme « épigénétique » à des pratiques sans rapport direct avec ce vaste domaine de recherche, simplement par effet de mode, ou à des fins mercantiles.
cancer ADN épigénétique génome embryons
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Daniel Adam-Salamon Daniel Adam-Salamon est un·e adhérent·e de The Conversation
Dans son ouvrage “Le hasard au cœur de la cellule”, Kupiec soutient que l’expression des gènes est un processus stochastique (ou aléatoire) et que cette variabilité est essentielle pour le développement et la différenciation cellulaire2.
Kupiec argue que les mécanismes épigénétiques, qui modulent l’expression des gènes en réponse à des facteurs environnementaux, peuvent être vus comme des manifestations de ce hasard. Ainsi, selon lui, l’épigénétique et le hasard sont intimement liés dans la régulation des processus biologiques
Jean Siol {{}}
Article intéressant. Dommage que les auteurs, jouent de la tendance très à la mode, facile et sans risque, de culpabiliser l’individu, inconscient suicidaire…en évacuant le regard critique sur la société et les choix politiques qui sont le moteur de son fonctionnement.
Résumons. En tête des vilains produits qui pervertissent l’épigénétique des inconscients et celle, quelle honte, de leur progéniture : alcool, tabac, cannabis…Etonnant, les “compléments de performance” de nos “winners”, Cocaïne et autre méthamphétamine… ne sont pas évoqués. Sans doute que pouvoir et argent sont des antidotes efficaces contre leurs effets délétères…Mais, je m’égare. De la rigueur, pas de mauvais esprit !
Pourtant, d’autres consommations, pas toujours volontaires semblent être de potentielles et redoutables perturbatrices de nos fragiles télomères. Par exemple, l’incohérence anxiogène du fonctionnement du Monde qui voit les puissants nous proposer régulièrement une version plus sophistiquée, plus terrible, plus destructrice de la Terre et des personnes…de la vieille « Guerre du feu » de JH Rosny…ou cet abrutissement quotidien par perfusions répétées ad nauseam de messages publicitaires jouant avec science de la bêtise et de la cupidité…ou ce spectacle quotidien de politiques insultant les électeurs…ou ces émissions « fouille-merde » où l’invective et l’insulte remplacent le débat, et qui labourent avec détermination le terrain de l’intolérance… ou le spectacle de ces agriculteurs rendus fous par la conscience d’œuvrer jour après jour, sans pouvoir s’y opposer, à un crime contre la biodiversité…ou le mensonge quotidien des empoisonneurs de l’alimentation qui nous proposent une nourriture hautement pathogène en vantant, sans aucune vergogne ses innombrables vertus pour notre santé tout en s’opposant, par exemple, à l’information « Nutriscore »…
Au fait, pourquoi alors que nous sommes si bien informés, consommons-nous tant de ces drogues qui affolent nos épigènes et détraquent notre santé et celle de nos futurs enfants ? La question vaut d’être posée.
Sommes-nous tous des égoïstes inconscients ou tout simplement des personnes atterrées par l’incurie (ou le projet) de nos dirigeants, et enclines à la fuite devant un combat dont on sait désespérément qu’il nous épuisera tant l’ennemi est protéiforme, pervers et puissant.
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Les traumatismes peuvent-ils se transmettre par les gènes ? Une expérience bouleversante « ne disparaît pas quand vous mourez. Elle vous survit » - De Andrea Cooper - Publication 14 juin 2024, 14:46 CEST – Document ‘nationalgeographic.fr’
Les éléments scientifiques qui suggèrent que les traumatismes émotionnels peuvent transcender les générations en modifiant l’activation et l’inhibition de certains gènes chez les descendants s’accumulent. PHOTOGRAPHIE DE Tek Image, SCIENCE PHOTO LIBRARY
De nouveaux éléments suggèrent que les effets d’un traumatisme (guerre, génocide, abus, facteurs environnementaux…) pourraient se transmettre génétiquement d’une génération à la suivante.
L’épigénétique est l’étude de la façon dont les gènes s’activent et s’inhibent. Ce processus moléculaire, que l’on appelle « expression génique », stimule l’activité de certains gènes et en réduit d’autres au silence par l’ajout et par le retrait de marqueurs chimiques (des groupes méthyles) sur les gènes. De multitples études ont déjà suggéré qu’il pouvait s’agir d’un mécanisme par lequel le traumatisme d’un parent pourrait se trouver imprimé dans les gènes de sa descendance ; les effets épigénétiques pourraient d’ailleurs être multigénérationnels.
Ce champ « touche à toutes les questions que l’humanité se pose depuis qu’elle parcourt cette planète », affirme Moshe Szyf, professeur de pharmacologie à l’Université McGill. « À quel point notre destinée est-elle prédéterminée ? Quelle part contrôlons-nous ? »
Pour certaines personnes, l’idée que nous puissions porter l’héritage d’un traumatisme est logique, car cela valide le sentiment qu’elles ont d’être plus que la somme de leurs expériences.
« Si vous avez l’impression d’avoir été affecté par un événement on ne peut plus traumatique, difficile, bouleversant dont votre mère ou votre père a fait l’expérience, eh bien il y a une raison à cela », explique Rachel Yehuda, professeure de psychiatrie et de neurosciences des traumatismes au Mount Sinai, à New York. Selon ses dires, ses recherches attirent l’attention sur un petit « signal » épigénétique qui montre qu’une expérience bouleversante ne « disparaît pas quand vous mourez ». « Elle vous survit sous une certaine forme. »
Pour comprendre comment le traumatisme émotionnel peut transcender les générations, il est bon de penser à la distinction entre génome (c’est-à-dire l’ensemble de l’ADN présent dans le corps) et l’épigénome. Isabelle Mansuy, professeure de neuroépigénétique à l’Université de Zürich, compare cela à la différence entre software et hardware, entre logiciel et matériel informatique. Vous avez besoin du « hardware » du génome pour fonctionner. Mais c’est le « software » épigénétique qui dit aux gènes du génome comment fonctionner.
« En permanence, dans chaque cellule, à chaque instant, l’épigénome change », révèle-t-elle. Il réagit à toutes sortes de facteurs environnementaux, des expositions chimiques aux déficits nutritionnels. L’épigénome détermine quels gènes seront activés à un moment donné et lesquels demeureront inhibés.
Santé mentale dans la génération qui suit le traumatisme{{}}
Rachel Yehuda a découvert un marqueur épigénétique chez les rescapés de la Shoah et chez leurs descendants, un groupe plus exposé aux problèmes de santé mentale. En 2015, elle a évalué trente-deux rescapés ainsi que leurs enfants adultes en examinant le gène FKBP5, un gène associé à l’anxiété et à d’autres troubles mentaux.
En extrayant de l’ADN d’échantillons sanguins, l’équipe a identifié des changements épigénétiques dans la même région du gène chez les rescapés et chez leurs enfants ; mais ces modifications étaient absentes dans l’ADN d’un petit groupe de parents juifs et de leur descendance vivant en dehors de l’Europe et n’ayant pas vécu la Shoah.
Dans une étude ultérieure publiée en 2020, Rachel Yehuda a examiné une cohorte plus importante de sujets et s’est intéressée à des variables telles que le sexe et l’âge du parent durant la Shoah. Elle a alors scruté la méthylation de l’ADN, l’une des méthodes que l’épigénome utilise pour activer ou inhiber des gènes. La méthylation de l’ADN ajoute généralement un marqueur chimique à l’ADN ; la déméthylation le retire.
Rachel Yehuda a découvert que le taux de déméthylation de l’ADN dans le gène FKBP5 était plus faible chez les enfants dont la mère avait survécu à la Shoah que chez les Juifs du groupe témoin dont les parents n’avaient pas connu la Shoah. Certaines études ont associé une réduction de la méthylation de l’ADN sur le gène FKBP5 à un risque accru de troubles tels que le syndrome de stress post-traumatique (SSPT) chez l’adulte. Les résultats suggéraient que le traumatisme d’une mère, même s’il s’était produit durant l’enfance, pouvait donner lieu à des changements épigénétiques dans l’ADN contenus dans ses ovules et ainsi avoir une influence sur la santé mentale de ses enfants.
Une étude de 2019 portant sur des vétérans australiens masculins de la guerre du Vietnam fournit des pistes supplémentaires quant à la façon dont le traumatisme peut transcender les générations.
Des chercheurs ont pisté les différences de méthylation dans l’ADN contenu dans le sperme de vétérans souffrant de SSPT et l’ont comparé à l’ADN de ceux n’étant pas atteint de ce trouble. Dix régions de l’ADN des vétérans souffrant de SSPT présentaient des schémas de méthylation différents par rapport à l’ADN de vétérans sans SSPT. Les changements étaient présents sur neuf gènes différents associés à des troubles psychiatriques comme le SSPT.
D’après l’étude, les schémas de méthylation chez les vétérans atteints de SSPT étaient liés à des problèmes de santé mentale diagnostiqués à leurs enfants. Dans leurs résultats, les chercheurs identifient également un unique schéma de modifications génétiques susceptible d’être hérité, « en particulier [des modifications] associés à la réaction de stress », selon Divya Mehta, enseignante-chercheuse à l’Université technologique du Queensland, en Australie.
Symptômes traumatiques chez les parents et leur descendance{{}}
Étant donné la longue durée de vie des humains et leur longue période de gestation, il est bien plus commode pour les chercheurs de s’intéresser aux traumatismes hérités chez les souris ou chez les rats, qui donnent plusieurs portées par an. Dans une série d’expériences visant à comprendre comment les animaux sont susceptibles de transmettre des informations concernant un traumatisme ancestral à leur descendance, Brian Dias, maître de conférences membre du Programme de développement neuroscientifique et neurogénétique de l’Université de Californie du Sud, a exposé des souris à un composé chimique à l’odeur semblable à celle des fleurs de cerisier et conjuguait cette odeur à une légère décharge électrique.
Les souris, naturellement, apprenaient à craindre l’odeur. Les deux générations suivantes de souris sursautaient lorsqu’elles sentaient l’odeur alors même qu’elles n’y avaient jamais été exposées. Brian Dias a par la suite répété l’expérience avec un autre composé chimique sentant l’amande. Cette fois-ci, un sous-groupe de souris a été soumis à la combinaison odeur / décharge ; et par la suite, on l’a exposé à l’odeur sans administrer la décharge. Avec le temps, ces souris n’interprétaient plus l’odeur comme une menace. Leur progéniture ne craignait plus l’odeur non plus.
Le mot « héritage » ne veut pas dire ici que les enfants présenteront toujours les mêmes signes de traumatisme que les parents. Dans plusieurs études, Isabelle Mansuy a enquêté sur les effets épigénétiques causés par la séparation, chez les souris, des mères et de leurs petits ; les mères ayant également été exposées à des facteurs de stress durant les séparations.
Comment un facteur de stress tel que la séparation de la mère pouvait-il déclencher des changements épigénétiques chez les petits ? Nous ne le savons pas exactement, reconnaît-elle. Le mécanisme liant le stress à l’épigénome dans le cerveau et dans certaines cellules « n’est pas bien compris ».
Malgré tout, l’étude montre que les petits et leur descendance souffraient de dépression et de pertes de mémoire et présentaient des comportements à risque, par exemple une incapacité à évaluer des dangers potentiels, entre autres changements comportementaux. Tandis que la dépression et les pertes de mémoires s’étendaient jusqu’à la troisième génération, la prise de risque ne commençait à diminuer, elle, qu’après la cinquième génération.
Notre destin est-il déterminé par notre ADN ?{{}}
« Il est remarquable que certains des symptômes restent si longtemps », s’étonne Isabelle Mansuy. Quand les symptômes se sont estompés, cette dernière a découvert que la méthylation de l’ADN était modifiée dans le sperme et dans le cerveau des mâles de la descendance.
Traumatismes liés à des causes environnementales{{}}
Un traumatisme, ce n’est pas que le résultat d’événements dévastateurs tels que la maltraitance sur enfants ou la guerre. L’ADN peut également être marqué par certaines causes environnementales.
Une étude pionnière, publiée en 2005, a cherché à savoir si l’exposition à la vinclozoline, un fongicide agricole, pouvait affecter le sexe de la progéniture des femelles enceintes chez les rats. Ce n’était pas le cas.
Cependant, quand un jeune mâle atteignait l’âge d’un an, les chercheurs remarquaient qu’un pourcentage élevé de ses cellules germinales mouraient. La même chose se produisait chez les trois générations suivantes, bien que seules les mères enceintes aient été exposées à la vinclozoline.
C’était là « la première observation d’un héritage non génétique », explique Michael Skinner, chercheur principal de l’étude et directeur-fondateur du Centre de biologie reproductive de l’Université d’État de Washington. Michael Skinner et ses collègues ont observé des schémas de méthylation de l’ADN modifiés. « Le sperme comportait une modification épigénétique et la transmettait à la génération suivante. »
Michael Skinner a par la suite testé l’exposition de rats au glyphosate, un herbicide. Ce produit chimique ne nuisait pas à la progéniture des rats. Mais chez la troisième et la quatrième génération (les petits-enfants et les arrière-petits-enfants), le taux de maladies de la prostate, des reins et des ovaires, mais aussi le taux d’obésité et d’anomalies congénitales, était accru. L’examen du sperme révélait des modifications de la méthylation de l’ADN liés à la fréquence accrue des maladies.
L’étude suggère que bien qu’ils aient sauté une génération, les effets du glyphosate se transmettaient de manière épigénétique aux générations futures.
Inverser les changements épigénétiques{{}}
Si ces études semblent préoccupantes, des éléments préliminaires suggèrent qu’il pourrait être possible d’annuler certains changements épigénétiques.
Isabelle Mansuy et ses collègues ont formulé l’hypothèse qu’un environnement enrichi puisse atténuer les comportements associés aux traumatismes. Dans plusieurs expériences, elle a placé des souris adultes traumatisées durant l’enfance dans des cages comprenant roues, jouets et labyrinthe avec plusieurs autres souris. Par rapport aux souris traumatisées restées dans des cages normales, les souris traumatisées évoluant dans un contexte plus stimulant ne présentaient pas de symptômes de comportement traumatique. Et leur descendance non plus.
Isabelle Mansuy a constaté des différences sur le gène récepteur des glucocorticoïdes, qui participe à la régulation de la réaction du corps au stress, entre les souris qui bénéficiaient d’un enrichissement et celles pour qui ce n’était pas le cas. À en croire les résultats, les effets épigénétiques du traumatisme avaient été corrigé. Si l’étude ne s’intéressait qu’à ce gène, Isabelle Mansuy a élargi son champ d’étude à d’autres gènes et devrait publier de nouvelles données sous peu.
Moshe Szyf a découvert qu’il était possible d’annuler les effets de la méthylation de l’ADN chez les rats anxieux à cause d’un manque d’un maternage déficient. Une fois arrivés à l’âge adulte, il leur injectait un médicament (la trichostatine A) et a constaté que les souris montraient moins de signes de stress et « commençaient à se comporter comme des animaux n’étant pas confronté à ce type d’adversité précoce », explique-t-il. Le médicament entraînait également une déméthylation de l’ADN, c’est-à-dire un retrait des marqueurs, sur le gène récepteur des glucocorticoïdes qu’Isabelle Mansuy étudiait.
Certaines études suggèrent que même l’exercice physique peut influencer l’épigénome. Michael Skinner a étudié soixante-dix paires de jumeaux humains identiques ayant accepté que l’on surveille leur niveau d’exercice. Chez les jumeaux plus actifs physiquement, les taux d’obésité et de maladies métaboliques étaient plus faibles. Et leur épigénome changeait également. Les jumeaux qui faisaient plus d’exercice avaient également sur leurs gènes des marqueurs chimiques associés à une moindre survenue de syndromes métaboliques.
« Tous les facteurs environnementaux, des agents toxiques à l’alimentation en passant par l’exercice physique et le changement climatique » ont un impact sur la santé par le biais de l’épigénétique, prévient Michael Skinner.
Faire face à l’adversité{{}}
Bien qu’il soit facile de se focaliser sur les aspects négatifs qu’il y a à potentiellement hériter des effets d’un traumatisme, les changements épigénétiques peuvent également aider les générations suivantes en activant des gènes qui permettront à la descendance de faire face à l’adversité.
« C’est selon moi ce qui se produit, affirme Rachel Yehuda. Mais cela dépend. Si vous ne vivez pas dans l’adversité, vous allez peut-être devenir hyper-vigilant. Et si vous vivez dans l’adversité, vous disposez peut-être de compétences pour l’affronter affinées par les leçons de vie du passé d’une manière ou d’une autre. »
Selon Brian Dias, avec l’avènement de technologies comme le séquençage de nouvelle génération, qui permet aux chercheurs d’analyser des types de cellules et la façon dont elles réagissent à certains facteurs de stress, « nous sommes désormais dans un âge d’or » de l’exploration. Ses recherches actuelles se penchent sur la mesure dans laquelle les spermatozoïdes sont « marqués » avant que les effets du traumatisme ne soient transmis, sur la durabilité de ces marqueurs et sur la façon dont les embryons pourraient être porteurs de l’empreinte d’un traumatisme.
Comment se fait-il que nous puissions hériter des effets des traumatismes endurés par nos parents ou par nos ancêtres ? De nouveaux chapitres scientifiques devront s’écrire pour pouvoir répondre à cette question. Mais certains scientifiques ne sont pas convaincus par les preuves mises en avant jusqu’ici.
« Je ne pense pas qu’aucune étude ait rempli les critères de preuves nécessaires pour pouvoir affirmer que cela se produit plausiblement chez les mammifères », tempère John Greally, directeur de la génomique et professeur de génétique à l’École de médecine Albert-Einstein à New York. Il s’inquiète de ce que ces études « aggravent en fait les dégâts », car des personnes de communautés souffrant de traumatismes multi-générationnels, comme les Amérindiens, « pourraient avoir le sentiment qu’elles sont intrinsèquement abîmées et qu’il n’y a rien qu’elles puissent y faire » tout en se détournant de façons de s’attaquer aux causes bien réelles des traumatismes.
D’autres critiques ont observé que de nombreux marqueurs de la méthylation de l’ADN sur les gènes sont éliminés lorsque spermatozoïdes et ovules humains s’unissent. Ainsi que le remarque Brian Dias, il existe des articles de recherche qui ont montré que certains gènes ressortent de ce processus avec des marqueurs intacts. Pourtant, il fait partie de ceux qui conviennent qu’il faut davantage de recherches pour prouver ces mécanismes de transmission.
Ce qui est clair en revanche, c’est que l’humanité a appris à gérer les effets de ces traumatismes, qu’ils soient hérités ou non. Autrement, nous ne serions pas là. Selon Moshe Szyf, la résilience est le trait le plus dominant, « autrement nous ne survivrions pas en tant que race ».
Cet article a initialement paru sur le site nationalgeographic.com en langue anglaise.
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Edith Heard, épigénéticienne, médaille d’or du CNRS : ’Quand je pratique le piano, ma recherche scientifique s’éclaire’ - Publié le dimanche 12 janvier 2025 - Provenant du podcast Musique émoi-Enregistrement France culture 60 minutes
Image carrée Musique émoi
Professeure au Collège de France, médaille d’or du CNRS 2024 pour ses avancées sur l’expression génétique du chromosome X, Edith Heard est une mélomane baignée de culture musicale britannique, de Herbert Howells à Benjamin Britten. Elle associe la pratique musicale à sa démarche scientifique. {{}}
Avec Edith Heard Généticienne, professeur au Collège de France, directrice générale du Laboratoire européen de biologie moléculaire (EMBL)
La généticienne Edith Heard - © Frédérique PLAS/CNRS Images
Née en 1965 à Londres, Edith Heard a étudié les sciences naturelles à l’université de Cambridge, avant de s’intéresser à l’épigénétique lors de sa thèse sur l’amplification génique dans le cancer à la Fondation impériale de recherche contre le cancer (ICRF), à Londres. Elle arrive en France en 1990 grâce à une bourse d’études du Human Frontier Science Program et
rejoint l’Institut Pasteur pour un postdoctorat, où elle entame son travail sur l’inactivation du chromosome X qui sera le fil conducteur de sa carrière. Elle prend en 2010 la direction de « Génétique et biologie du développement », une unité de recherche mixte entre le CNRS, l’Inserm et l’Institut Curie. En 2012, elle est nommée professeure au Collège de France.
Depuis 2019, Edith Heard dirige le prestigieux Laboratoire européen de biologie moléculaire (EMBL), un organisme intergouvernemental de recherche impliquant 29 pays, et a été élue membre de l’Académie des sciences en 2022. Edith Heard siège également dans plusieurs conseils scientifiques, dont le conseil scientifique de l’OMS.
Actualité :{{}}
Edith Heard est médaille d’or 2024 du CNRS{{}}
La médaille d’or du CNRS récompense cette année, la Professeur Edith Heard, titulaire de la chaire Épigénétique et mémoire cellulaire du Collège de France depuis 2012. Edith Heard est une spécialiste mondialement reconnue de l’épigénétique pour ses travaux pionniers sur l’inactivation du chromosome X.
La médaille d’or du CNRS distingue les carrières scientifiques ayant contribué de manière exceptionnelle au dynamisme et au rayonnement de la recherche française.
Cours au Collège de France du 12 mai au 11 juin{{}}
Nouvelles connaissances sur les mécanismes épigénétiques : l’inactivation du chromosome X et d’autres exemples d’expression monoallélique
Lecture : ’ Sans la curiosité de l’esprit, que serions-nous ? Telle est la beauté et la noblesse de la science : un désir sans fin de repousser les frontières du savoir, de traquer les secrets de la matière et de la vie sans idée préconçue des conséquences éventuelles. ’ Marie Curie
Programmation musicale :{{}}
Jean Sibelius : Concerto pour violon et orchestre en ré min op 47, Allegro moderato
Hilary Hahn, violon
Orchestre symphonique de la Radio Suédoise
Esa Pekka Salonen, direction
DGG 477 7346
Frédéric Chopin : Nocturne nº3 en Si Maj op 9 nº3 pour piano : Allegretto
Nelson Freire, piano
Decca 4782182
Herbert Howells : Quatuor pour cordes et piano en la min op 21, 1. Allegro moderato, tranquillo
Trio Gould
(Lucy Gould, violon ; Alice Neary, violoncelle ; Benjamin Frith, piano ; David Adams, alto)
Naxos 8573913
Benjamin Britten : A ceremony of carols op 28, ’ Procession. Hodie Christus natus est ’, ’ Wolcum Yole ’, ’ There is no rose ’, ’ That yongë child ’
Choeur du KIng’s College de Cambridge
STephen Cleobury, direction
Decca 4840781
Edward Elgar : Variations sur un thème original op 36 (Enigma) : 9. Nimrod / A. J. Jaeger
Orchestre Symphonique de la Ville de Birmingham
Simon Rattle, direction
EMI 5550012
Gustav Mahler : Symphonie n°2 en ut min (Résurrection), 4. ’ Urlicht ’
Janet Baker, mezzo soprano
Orchestre Symphonique de la Ville de Birmingham
Simon Rattle, direction
Warner 0190295869175
Franz Schubert : Quintette à cordes en Ut Maj op posth 163 D 956, Adagio - pour 2 violons alto et 2 violoncelles
Quatuor Takacs
Ralph Kirshbaum, violoncelle
Hypérion CDA67864
Franz Schubert : Winterreise op 89 D 911, 24. ’ Der Leiermann ’
Martti Talvela, basse
Ralf Gothóni, piano
BIS 1984
Franz Schubert : Winterreise op 89 D 911 : 24. ’ Der Leiermann ’
Ian Bostridge, ténor
Thomas Adès, piano
Pentatone PTC5186764
JS Bach : *Cantate BWV 170 ’*Vergnügte Ruh beliebte Seelenlust, 1. ’ Vergnügte Ruh beliebte Seelenlust ’ (Air)
James Bowman, contre-ténor
King’s Consort
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HypérionCDA 66326
Pour aller plus loin : Edith Heard au Collège de France
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