Si les jumeaux héritent du même ensemble de gènes, comment peuvent-ils être si différents ? A.B./Photonica/Getty Images A moins que vous ayez un frère ou une sœur identique ou que vous connaissiez un couple, il y a de fortes chances que votre connaissance des jumeaux soit en partie basée sur la fiction. Ils sont partout en sous, pulpe et culture populaire, et il est difficile de reprocher aux artistes de les avoir entraînés dans l'image. Après tout, pour une espèce obsédée par l'identité, y a-t-il une énigme plus alléchante que de regarder à travers une table un double physique de vous-même ?
Si vous avez vu même quelques représentations fictives de jumeaux, vous avez probablement remarqué que la présentation a tendance à pencher vers un extrême ou l'autre. Soit les jumelles se ressemblent étrangement (comme les petites filles dans "The Shining") ou sont remarquablement différentes (comme les gynécologues jumeaux dominants et soumis dans "Dead Ringers"). Quand deux êtres humains se ressemblent tellement, les choses qui les rendent différentes sont tout aussi déroutantes que celles qui les rendent semblables.
L'ADN joue un rôle central dans les conceptions modernes de l'identité, mais à mesure que notre compréhension de la science génétique s'améliore, il en va de même de notre compréhension de ce qui fait de nous qui nous sommes. Les humains se sont depuis longtemps engagés dans un débat entre nature et culture, un dilemme avec des nuances de destin contre le libre arbitre. Êtes-vous la personne que vous êtes parce que vous êtes né de cette façon ou à cause du monde dans lequel vous avez été élevé ?
Évidemment, si un jumeau identique grandit dans les bidonvilles du château et que l'autre grandit dans le palais du roi, ils sont susceptibles de devenir des personnes assez différentes, peu importe la similitude de leurs gènes. Le domaine de épigénétique ajoute un nouveau carburant à cette question en faisant la lumière sur la façon dont l'environnement, la nutrition et les conditions sociales affectent la façon dont les gènes sont exprimés. Le jumeau du palais a-t-il été élevé par une belle-mère abusive ? Le jumeau des bidonvilles a-t-il dû faire face à une maison pleine de fumée de pipe ? L'un a-t-il mangé du gruau tandis que l'autre s'est régalé de desserts gras ? Ces facteurs peuvent provoquer des changements épigénétiques qui modifient la façon dont les gènes de chaque jumeau sont exprimés. Même une différence de régime alimentaire pourrait exposer un jumeau à un risque de cancer et laisser l'autre à l'abri.
Dans cet article, nous allons examiner comment fonctionne ce domaine fascinant de la génétique, comment les changements épigénétiques affectent nos vies et ce que l'avenir nous réserve.
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L'ADN peut vous fournir un plan génétique, mais divers facteurs affectent la façon dont ce plan sera exprimé. 3D4Medical.com/3D4Medical.com/Getty Images Avez-vous déjà joué à un jeu vidéo sur simulateur de vol ? Le jeu peut avoir offert divers paramètres de réalisme qui permettent aux joueurs de choisir à quel point leur expérience de jeu sera «réelle». Souvent, vous pouvez activer et désactiver les collisions en vol, ou décider si vous pouvez manquer de munitions ou d'essence. Les paramètres par défaut peuvent se situer quelque part entre le simulateur pur et le shoot-'em-up d'arcade, mais le jeu a le potentiel d'être plus réaliste, selon que vous activez ou non les options appropriées.
Comme il s'avère, nos gènes fonctionnent de manière très similaire. Si notre matériel génétique accumulé (ou génome) sert de programme, notre expérience de jeu est notre phénotype , les caractéristiques observables d'un organisme. Une multitude de facteurs, à son tour, provoque les processus épigénétiques qui activent et désactivent différents gènes.
Les scientifiques ont inventé le terme « épigénétique » (qui signifie littéralement « au-dessus du génome ») dans les années 1940 pour classer les changements survenus entre le génome et le phénotype. Par exemple, pourquoi un seul jumeau identique développerait-il un cancer et pas les deux ? Dans une quête pour comprendre ce qui se passait, les scientifiques ont examiné de plus près la relation entre l'ADN et le développement cellulaire.
L'ADN réside dans le noyau d'une cellule, un programme de maître au centre de chaque pièce minute qui fait de nous ce que nous sommes. Les enzymes attachent des faisceaux de carbone et d'hydrogène (CH
Alors que les scientifiques épigénétiques ont consacré la plupart de leurs recherches à la méthylation, ils ont identifié de nombreux types différents de processus épigénétiques. Modification de la chromatine figure en bonne place parmi ces processus. A l'intérieur du noyau, L'ADN s'enroule autour de faisceaux de histone protéines à former chromatine , qui à son tour forme des chromosomes. Modifiez la structure de la chromatine et vous modifiez l'expression des gènes. Divers groupes chimiques atteignent cet objectif en se fixant sur les histones.
Comment tout cela influence-t-il le débat entre nature et culture ? Découvrez-le à la page suivante.
Réviser l'ADNÊtes-vous un peu flou sur la recherche génétique? Laissez-nous vous expliquer comment fonctionne l'ADN et comment fonctionnent les cellules.
Sommes-nous asservis à nos gènes que nous recevons de nos parents, ou pouvons-nous nous libérer avec le changement épigénétique ? Hauke Dressler/LOOK/Getty Images C'est la mi-temps des grandes séries éliminatoires nature contre culture. Déroulons le score. Le fait que nous soyons basés en grande partie sur les gènes hérités de nos parents est certainement un point pour la nature, mais le fait que notre vie de tous les jours puisse influencer les changements épigénétiques en met certainement un sur le conseil d'administration. De façon intéressante, le prochain petit fait ne brise pas l'égalité - il marque un point pour les deux côtés. Sur la base de ce que nous savons maintenant, il semble qu'au moins certains changements épigénétiques soient héréditaires.
Revenez un instant à l'analogie du jeu vidéo. Tes parents ne se contentent pas de te transmettre le programme central, mais certains des paramètres de jeu réels qu'ils ont utilisés. Certaines modifications de la chromatine sont transférées à l'ADN et aux protéines nouvellement synthétisés. Comme vous pouvez l'imaginer, la perspective de changements épigénétiques hérités a un impact énorme sur notre compréhension de l'évolution. Les scientifiques ont même réévalué des théories qu'ils avaient auparavant discréditées, comme celles du scientifique du XVIIIe siècle Jean-Baptiste Lamarck. Bien que des découvertes récentes ne soutiennent pas complètement la théorie de Lamarck selon laquelle le cou des girafes s'est allongé au fil des générations pour chercher de la nourriture, certaines des preuves sont certainement lamarckiennes.
Prenez la puce d'eau par exemple. Dans un environnement de prédateurs lourds, les créatures grandissent, épines défensives - un trait que leur progéniture développe également, même s'il est élevé dans un environnement sans prédateur. Ce processus est appelé héritage épigénétique transgénérationnel . Les humains peuvent ne pas avoir à faire face à des épines défensives croissantes parce que papa se sentait menacé, mais des études ont montré que divers comportements et conditions de santé sont dus à des changements épigénétiques héréditaires.
Les changements épigénétiques permettent également cellules souches se développer en cellules spécialisées, tels que ceux trouvés dans le cerveau. Alors que les organismes dépendent de ce processus vital, les changements épigénétiques contribuent également aux maladies. Dans certains cas, le ou les gènes activés sont ceux associés à des maladies débilitantes, tel que syndrome d'Angelman . Dans d'autres cas, les changements épigénétiques désactivent un gène vraiment important. Pour reprendre l'exemple du jeu vidéo, il y a une certaine gamme de paramètres qui fonctionnent bien pour un organisme, mais activer trop peu ou trop d'options peut conduire à une expérience de jeu très insatisfaisante. Les scientifiques pensent même que les diminutions et les augmentations de méthylation (faisceaux chimiques que les enzymes attachent à l'ADN) peuvent provoquer le cancer, en activant trop de gènes favorisant la croissance ou en désactivant les gènes suppresseurs de tumeurs.
Quels types de facteurs font basculer ces commutateurs épigénétiques ? Découvrez-le à la page suivante.
Quel est l'enjeu de vos choix alimentaires ? Peut-être plus que vous ne le pensez, compte tenu des facteurs nutritionnels impliqués dans le changement épigénétique. Influx Productions/La banque d'images/Getty Images Plus vous regardez l'épigénétique, plus il semble que nos vies ne soient guère plus qu'une liste de contrôle de divers gènes qui peuvent être activés ou désactivés. Vous ne voulez pas vieillir aussi vite ? Cliquez ici. Soins pour un peu d'obésité? Marquez simplement « oui » ou « non » avec un crayon n° 2. Bien sûr, l'essentiel est que nous essayons toujours de comprendre quels facteurs conduisent à quelles réponses sur les feuilles de Scantron génétiques qui définissent nos vies.
Modifications épigénétiques, comme tant de nos processus vitaux, tomber à nos corps à traiter. Repensez à la dernière fois où vous avez brûlé le dîner ou porté les mauvaises chaussettes au travail. Voulez-vous vraiment contrôler directement votre rythme cardiaque ou la façon dont vos gènes sont exprimés ? Non, ainsi votre corps réagit à votre environnement et s'occupe de tout cela pour vous. Pendant ce temps, votre cerveau (c'est-à-dire, vous) se préoccupe de tâches essentielles à la résolution de problèmes telles que la collecte de nourriture, l'élevage et en n'oubliant pas d'éteindre le fer. Dans notre temps libre, cependant, nous avons consacré beaucoup d'efforts à comprendre comment notre corps fait ce qu'il fait. En tant que tel, nous avons déjà compris comment certains facteurs provoquent des changements épigénétiques.
Nutrition :Comme on dit, tu es ce que tu manges. La recherche a montré que les pénuries ou les excès de nourriture pendant l'enfance d'une personne peuvent provoquer des changements épigénétiques qui conduisent au diabète, l'obésité et la puberté précoce. Les adaptations qui avaient du sens pendant une période de famine peuvent alors être transférées aux enfants et petits-enfants qui vivent en période d'abondance. Les gènes deviennent épigénétiquement configurés pour faire face à des conditions défavorables, puis se transmettent à la progéniture qui peut profiter de conditions plus confortables. Des expériences ont également montré comment les aliments peuvent provoquer des changements épigénétiques dans l'utérus. Les scientifiques ont influencé les couleurs du pelage et dissuadé l'obésité chez les souris en nourrissant la mère d'un régime riche en soja, qui altère la méthylation [source :Ray].
Parentalité : Le domaine de l'épigénétique continue de faire la lumière sur l'importance des soins parentaux pour la santé mentale. Des expériences ont découvert que les rats mères qui toilettent et allaitent rarement leurs petits élèvent une progéniture anxieuse. Cette mauvaise parentalité altère en fait les gènes contrôlant la production d'hormones de stress. C'est la manière naturelle de préparer les jeunes à un environnement potentiellement dangereux. Chez l'homme, les scientifiques ont observé des changements de méthylation dans le cerveau des victimes de suicide. Domaines de la hippocampe , une partie du cerveau qui peut affecter l'humeur, contenait des gènes qui avaient été éteints. On estime qu'une victime suicidaire sur cinq a subi des sévices à enfant, les principaux experts à considérer une corrélation possible entre les éducations stressantes et le changement épigénétique [source :Economist].
La recherche continue de découvrir des liens entre le changement épigénétique et divers facteurs dans nos environnements et nos régimes alimentaires. Comment pouvons-nous bénéficier de ces connaissances ? Découvrez-le à la page suivante.
Papas, Cocaïne et fongicideLes mères ne sont pas les seules à transmettre des changements épigénétiques à leur progéniture. Des expériences sur des rats ont montré que le fongicide vinclozoline peut provoquer une susceptibilité au cancer et à des malformations rénales, les deux peuvent être transférés à la progéniture par des changements de méthylation. Dans une expérience médicale similaire, les chercheurs ont découvert que des souris consommatrices de cocaïne transmettaient des problèmes de mémoire à trois générations de descendants grâce à des changements épigénétiques.
Un chercheur scientifique extrait l'ARN de cellules souches embryonnaires en laboratoire, au centre de recherche sur le génome humain de l'Université de Sao Paulo au Brésil. Mauricio Lima/AFP/Getty Images Au fur et à mesure que la connaissance de l'épigénome augmente, nous continuons à en apprendre davantage sur la façon dont les substances que nous consommons et les situations sociales dans lesquelles nous vivons influencent la façon dont nos gènes sont exprimés. Les scientifiques repensent déjà la façon dont les organismes évoluent et dont les traits sont transmis des parents à la progéniture. Mais à quel moment cette connaissance commencera-t-elle à changer notre façon de vivre ? À quel moment pourrons-nous prendre une pilule et bloquer ou débloquer la bonne combinaison de gènes pour améliorer notre qualité de vie ?
Bien que désactiver le vieillissement et affiner le génome humain soient des possibilités assez impressionnantes, les épigénéticiens sont beaucoup plus intéressés à découvrir des moyens de traiter les maladies épigénétiques. Comme certains cancers surviennent en raison de la désactivation de gènes suppresseurs de tumeurs, les chercheurs ont travaillé pour développer des médicaments qui les réactivent. Le médicament azacitidine, par exemple, traite la leucémie de cette manière. Trouver les bonnes parties de l'épigénome à traiter, cependant, peut être comme trouver une aiguille dans une botte de foin. Et une fois que les chercheurs ont trouvé les domaines qu'ils veulent affecter, les médicaments épigénétiques ne sont pas si spécifiques. Ils pourraient réussir à bloquer ou débloquer les gènes qu'ils voulaient traiter, mais aussi affecter d'autres gènes, entraînant des effets secondaires potentiellement dangereux.
Après l'achèvement du projet du génome humain, les Projet d'épigénome humain s'efforce actuellement de cartographier l'étendue des changements qui peuvent se produire entre le génome et le phénotype. Une fois terminé, cependant, une carte épigénomique pourrait également s'avérer utile pour déterminer quels individus sont à risque pour certaines maladies et encourager le type de changements de mode de vie qui peuvent empêcher l'activation ou la désactivation des mauvais gènes.
Plus que les futurs médicaments sont en jeu, toutefois. Les découvertes épigénétiques obligent également les médecins à réexaminer les médicaments existants. Même l'azacitidine, le premier médicament épigénomique approuvé par la FDA, était utilisé auparavant pour traiter les troubles des cellules souches de la moelle osseuse. Ce n'est qu'après la découverte de ses effets épigénétiques que les médecins ont exploré ses utilisations dans d'autres domaines.
Les cellules souches sont également d'un intérêt majeur pour les épigénéticiens. En étudiant les changements épigénétiques qui déterminent le développement des cellules, il peut éventuellement devenir possible de dicter le type de tissu dans lequel une cellule souche se développera. Pour plus d'informations sur les implications de cela, lire Comment fonctionnent les cellules souches.
En attendant, plus nous en savons sur les changements épigénétiques, plus nous réalisons la corrélation entre nos actions et, non seulement nos propres vies, mais la vie de nos enfants. Alors que nous enlevons une autre couche génétique pour découvrir qui nous sommes, quels autres mystères nous attendent ?
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Sources
