Même si l’ADN d’un organisme contient le modèle de vie, c’est la régulation de ce code qui détermine les traits qui sont exprimés. L’expression génique est le processus par lequel l’ADN d’un gène est transcrit en ARN puis traduit en protéine. Lorsque des signaux externes ou internes modifient ce processus, le résultat est un changement épigénétique.
L'épigénétique est l'étude des mécanismes moléculaires qui influencent l'activité des gènes sans altérer la séquence d'ADN sous-jacente. Les processus épigénétiques les plus courants consistent à contrôler l’accessibilité des gènes à la machinerie de transcription, activant ou désactivant ainsi les gènes. Certaines de ces modifications sont réversibles, tandis que d'autres peuvent être transmises de génération en génération via l'héritage épigénétique.
Toutes les cellules d’un corps partagent le même génome, mais elles remplissent des fonctions distinctes en raison de modèles épigénétiques spécifiques aux cellules. Même les vrais jumeaux, qui ont un ADN identique, peuvent présenter de subtiles différences d'apparence et de comportement en raison de variations épigénétiques. Les facteurs qui façonnent ces schémas comprennent les hormones, les facteurs de croissance, les neurotransmetteurs, les facteurs de transcription, les signaux chimiques et les stimuli environnementaux.
L'ADN s'enroule autour des protéines histones pour former la chromatine. Les modifications chimiques des histones modifient l'étanchéité de cet enroulement, influençant l'accès ou non des facteurs de transcription à l'ADN :
Les ADN méthyltransférases ajoutent des groupes méthyle aux bases cytosines, en particulier dans les régions promotrices. Ces marques méthyles empêchent les facteurs de transcription de se lier, faisant ainsi taire le gène. Au cours de la division cellulaire, de nombreux modèles de méthylation sont fidèlement copiés, ce qui permet d'hériter de traits épigénétiques même si la séquence d'ADN reste inchangée. Des facteurs environnementaux tels que l'alimentation, le stress, les polluants et les radiations peuvent modifier ces modèles de méthylation, avec des effets transgénérationnels potentiels.
Au-delà de l’ADN et des histones, les ARN non codants (ARNnc) tels que les microARN et les petits ARN interférents (ARNsi) interfèrent avec la transcription et la traduction, ajustant ainsi l’expression des gènes. Ces ARNnc servent de couche supplémentaire de contrôle épigénétique.
Des changements épigénétiques aberrants peuvent entraîner des maladies. Par exemple, l’hyperméthylation des gènes suppresseurs de tumeurs associée à l’hypométhylation des oncogènes peut conduire à une croissance cellulaire incontrôlée. Une étude historique réalisée en 1983 par Feinberg et Vogelstein a montré que les patients atteints d'un cancer colorectal présentaient de tels modèles de méthylation. Dans le syndrome du X fragile, les médicaments qui inhibent la protéine hyperactive BRD4, libérée lorsqu'un gène régulateur clé est inhibé, se sont révélés prometteurs sur le plan thérapeutique.
Les mécanismes épigénétiques influencent également le comportement. Une étude de McGill de 1988 a révélé que les soins maternels apportés aux rats modifiaient la méthylation de l’ADN dans le cerveau des ratons, produisant ainsi des adultes plus calmes. Des études humaines sur l'exposition à la famine pendant la grossesse aux Pays-Bas (1944-1945) ont révélé un risque accru d'obésité et de maladie cardiaque chez la progéniture en raison d'une méthylation réduite des gènes des facteurs de croissance. D'autres effets intergénérationnels incluent :
L'épigénétique comble le fossé entre notre code génétique et l'environnement dynamique dans lequel nous vivons. En modulant l'expression des gènes via la méthylation de l'ADN, la modification des histones et l'interférence de l'ARN, les processus épigénétiques aident à expliquer pourquoi des génomes identiques peuvent produire divers phénotypes et comment les expériences parentales peuvent influencer la santé et le comportement de leurs descendants.
