Découverte d'un nouveau langage pour communiquer avec les gènes
Publié par Adrien le 03/05/2016 à 00:00
Source: CNRS-INSB
La recherche en épigénétique découvre comment l'environnement communique avec les gènes et instruit leur activité. Cette communication inclut un système qui utilise certaines molécules produites par le métabolisme cellulaire pour modifier chimiquement les protéines histones qui organisent l'ADN. Une collaboration internationale dont les résultats sont publiés dans la revue Molecular Cell, met en évidence une nouvelle voie de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles technologies...), ainsi...) avec les gènes en caractérisant la fonction de modifications chimiques des histones inconnues jusqu'à présent.


Figure: Certains composés générés lors des processus métaboliques sont directement utilisés pour modifier chimiquement des histones et ainsi ils impactent le fonctionnement des gènes et peuvent contribuer à laisser la mémoire d'un événement donné, au niveau du génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de certains virus dont le génome est porté par des...). Il existe un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant...) continu de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état...) entre l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...), les processus métaboliques et l'épigénome. Une compétition entre l'acétylation et la butyrylation des histones crée un état dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) nécessaire au bon fonctionnement des gènes. Une modification du rapport des donneurs de l'acétyl et du butyryl pourrait durablement modifier l'expression des gènes actifs et générer un dysfonctionnement cellulaire.
© Saadi Khochbin

L'ADN portant nos gènes est organisé en une structure compacte au sein du noyau de nos cellules grâce à des protéines spécifiques, les histones. Au cours des dernières décennies, une recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) intense a mis en évidence des modifications chimiques des histones qui constituent un véritable langage instruisant la fonction des gènes associés. Des systèmes moléculaires spécifiques ont été identifiés qui mettent en place, reconnaissent, interprètent et enlèvent ces modifications. L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) de ces systèmes coopère pour diriger le fonctionnement des gènes en fonction de leur l'environnement moléculaire. Or cet environnement est fortement conditionné par le métabolisme (Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques qui se déroulent de manière ininterrompue dans la cellule ou l'organisme vivant. C'est un processus ordonné, qui fait...) cellulaire. L'une des premières modifications chimiques identifiée et intensément étudiée est l'acétylation. Elle est mise en place par des enzymes, les histone-acétyltransférases (HAT), et elle est reconnue par des protéines portant un domaine particulier, le bromodomaine; elle est enlevée par d'autres enzymes, les histone-déacétylases (HDAC). Les HAT utilisent l'acétyl-CoA, une petite molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité...) produite par le métabolisme, pour diriger l'acétylation des histones. Cette acétylation peut directement modifier l'empaquetage des gènes par les histones ou constituer un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des...) pour l'action d'autres protéines sur les gènes. Ce système lie donc directement le fonctionnement des gènes à la production de l'acétyl-CoA dans les cellules et de ce fait lie l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) des gènes au métabolisme.

Les travaux effectués en collaboration par des chercheurs Français, Américains et Chinois, montre que l'acétylation des histones a un compétiteur, la butyrylation, une modification qui prend sa source également dans le métabolisme. De manière surprenante, ces chercheurs ont observé que les gènes les plus actifs, non seulement sont marqués par l'acétylation des histones, mais également par la butyrylation de ces mêmes histones. Ils montrent également que l'enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant d'abaisser l'énergie d'activation d'une réaction et d'accélérer jusqu'à des millions de...) qui acétyle les histones en dirige aussi une butyrylation. La butyrylation comme l'acéylation des histones active directement l'expression des gènes mais, par contre, elle empêche les protéines qui reconnaissent l'acétylation de se fixer aux histones. De ce fait, les chercheurs ont découvert un aspect de l'expression active des gènes qui est basé sur une alternation successive des différentes modifications chimiques des histones avec des conséquences fonctionnelles opposées. Ce système crée un état dynamique d'aller-retour des facteurs au niveau des gènes, nécessaire au maintien de leur expression active.

La découverte de ce système est porteuse (Une porteuse est un signal sinusoïdal de fréquence et amplitude constantes. Elle est modulée par le signal utile (audio, vidéo, données) en vue, soit de sa diffusion au moyen d’un émetteur, soit de son...) de nouveaux concepts permettant de mieux comprendre comment les gènes fonctionnent et comment l'environnement communique avec eux. En effet, un changement dans le ratio de l'acétylation et de la butyrylation des histones, venant tous les deux du métabolisme, pourrait durablement affecter l'état de l'expression des gènes. Ceci pourrait expliquer comment un désordre métabolique pourrait drastiquement modifier l'expression du génome.

Les perspectives d'une compréhension approfondie du contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de l'expression des gènes, de l'effet de l'environnement sur leur fonctionnement et sur la survenue de pathologies ainsi que de l'identification des mécanismes permettant la transmission transgénérationnelle d'une information venant de l'environnement, découlent de ce travail.
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