Des chercheurs lèvent le voile sur l'un des mystères de l'épigénétique

À quelle fréquence les mutations épigénétiques -ces modifications héritables de l'expression des gènes qui ne résultent pas d'une modification de l'ADN- surviennent-elles ? Une question à laquelle des chercheurs américains viennent aujourd'hui de répondre.

On a longtemps pensé que les êtres vivants étaient le simple produit de leurs gènes, et des mutations qui les affectaient au fil des générations. Plus précisément, il était acquis que, lorsqu'une modification apparaissait dans le phénotype d'une population d'êtres vivants (par exemple, l'apparition de feuilles plus petites chez telle espèce de plante, ou d'un pelage de couleur différente chez tel mammifère), puis que cette modification se transmettait aux générations suivantes, alors cela ne pouvait qu'être le fruit d'une mutation génétique.

Des mutations du phénotype qui surviennent sans modification des gènes
 
Or, ce n'est pas forcément le cas. En effet, on sait aujourd'hui que de tels changements peuvent affecter des êtres vivants sans pour autant que leurs gènes soient modifiés. Plus encore, ces changements héritables bien que non issus de mutations génétiques peuvent être causés par des facteurs environnementaux : une période de famine, de froid ou encore de sècheresse est susceptible de induire des modifications chez un animal ou un végétal (par exemple, un moindre développement de son organisme), lesquelles sont ensuite capables de se transmettre chez ses descendants. Un phénomène découvert depuis une dizaine d'années, et qui a donné le jour à l'épigénétique, la discipline chargée d'étudier ce phénomène.

Pour mieux comprendre le mécanisme de l'épigénétique, prenons un exemple. En 2005, les chercheurs Marcus E Pembrey et Lars Olov Bygren ont montré que les habitudes alimentaires des grands-parents pouvaient avoir des conséquences sur... leurs petits-enfants. Pour y parvenir, les deux chercheurs ont décortiqué les registres paroissiaux de la petite ville suédoise de Överkalix sur plusieurs générations. Ils ont ainsi découvert que les hommes qui avaient connu la famine avaient des petits-enfants moins susceptibles de développer des problèmes cardio-vasculaires que ceux dont les grand-pères n'avaient pas connu de période de famine. En d'autres termes, des modifications biologiques issues de l'environnement (ici, une situation de carence alimentaire) ont eu des répercussions biologiques sur les hommes de cette époque... lesquelles se sont ensuite transmises aux générations suivantes. Le tout sans passer par le biais de la mutation
génétique "classique". On parle donc ici de "mutation épigénétique" (ou encore d'"épimutation").

Des zones de l'ADN rendues silencieuses
 
Par quoi sont causées ces modifications héritables d'une génération à l'autre, si ce n'est pas via mutation génétique ? "Ces modifications sont issues de phénomènes chimiques qui affectent la façon dont les gènes de notre ADN s'expriment, explique Nicolas Bouché (Inra / Institut Jean-Pierre Bourgin, à Versailles) au Journal de la Science. Parmi ces phénomènes chimiques, il y a par exemple la méthylation de la cytosine. Soit la fixation d'un groupement méthyl, composé de 3 atomes d'hydrogène et d'un atome de carbone, sur la cytosine [ndr : la cytosine est l'un des 4 éléments qui composent l'ADN]. Or, la fixation de ce groupement méthyl sur la cytosine a pour effet de diminuer, voire de stopper totalement, l'expression de cette partie de l'ADN. Comme si, au fond, cette partie de l'ADN devenait muette".

Résultat ? Cette zone de l'ADN cesse de coder les protéines qu'elle produisait jusqu'alors. Ce qui peut engendrer des modifications biologiques importantes chez l'être vivant (plante, animal) qui est le siège d'un tel phénomène.

Or, une étude menée par des chercheurs américains du Salk Institute for the Biological Studies (La Jolla, Etats-Unis) sur la plante Arabidopsis thalania vient de montrer que ces mutations épigénétiques se produisent... encore plus fréquemment que les mutations génétiques "classiques". Un résultat publié le 15 septembre 2011 par la revue Science.

Pour parvenir à ce résultat, le Pr. Joseph Ecker et son équipe ont analysé l'évolution de 30 générations successives de plantes Arabidopsis thalania, toutes issues d'un seul et même spécimen (donc d'un seul et même ADN). Plus précisément, pour chaque plante, les chercheurs ont scruté les zones de l'ADN où des groupements méthyl étaient susceptibles de venir se fixer.

Résultat ? A chaque génération, l'ADN de Arabidopsis thalania a subi des mutations épigénétiques sur plusieurs centaines d'endroits différents de son ADN. Soit des mutations 5 fois plus nombreuses que les mutations génétiques classiques observées dans le même temps.

Les mutations épigénétiques facilement réversibles

Un résultat important car il suggère que la mutation épigénétique permettrait aux plantes Arabidopsis thalania -et peut-être aussi à d'autres êtres vivants, comme l'homme- de  s'adapter aux modifications environnementales d'une façon plus souple et plus réactive que les mutations génétiques classiques.

Pour Nicolas Bouché, "c'est un très beau résultat. Car il vient apporter la preuve d'une intuition que les chercheurs en épigénétique avaient depuis quelques années, mais qu'ils n'étaient jusqu'à présent jamais parvenus à démontrer. En effet, on sait depuis quelques années déjà que les mutations épigénétiques sont labiles, c'est-à-dire qu'elles sont facilement réversibles [ndr: lire ce compte-rendu du CNRS pour mieux comprendre cette question la laibilité des épimutations]. Cette labilité suggèrait que les épimutations surviennent plus fréquemment que les mutations génétiques. Le résultat de Joseph Ecker et de son équipe vient confirmer cela".