Une nouvelle étude montre la transmission de la mémoire épigénétique sur plusieurs générations


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  • Sans altérer le code génétique de l’ADN, les modifications épigénétiques peuvent changer la façon dont les gènes sont exprimés, affectant la santé et le développement d’un organisme. L’idée autrefois radicale selon laquelle de tels changements dans l’expression des gènes peuvent être hérités s’appuie désormais sur un nombre croissant de preuves, mais les mécanismes impliqués restent mal compris.

    Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’UC Santa Cruz montre comment un type courant de modification épigénétique peut être transmis par le sperme non seulement des parents à la progéniture, mais également à la génération suivante (« petite progéniture »). C’est ce qu’on appelle «l’héritage épigénétique transgénérationnel», et cela peut expliquer comment la santé et le développement d’une personne pourraient être influencés par les expériences de ses parents et grands-parents.

    L’étude, publiée la semaine du 26 septembre dans le Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS), axé sur une modification particulière d’une protéine histone qui modifie la façon dont l’ADN est conditionné dans les chromosomes. Cette marque épigénétique largement étudiée (appelée H3K27me3) est connue pour désactiver ou « réprimer » les gènes affectés et se trouve chez tous les animaux multicellulaires – des humains au ver nématode C. elegans utilisé dans cette étude.

    « Ces résultats établissent une relation de cause à effet entre les marques d’histones transmises par les spermatozoïdes et l’expression et le développement des gènes chez la progéniture et la petite-progéniture », a déclaré l’auteur correspondant Susan Strome, professeur émérite de biologie moléculaire, cellulaire et du développement à l’UC Santa Cruz.

    Les histones sont les principales protéines impliquées dans l’empaquetage de l’ADN dans les chromosomes. La marque épigénétique connue sous le nom de H3K27me3 fait référence à la méthylation d’un acide aminé particulier dans l’histone H3. Cela conduit à un emballage plus dense de l’ADN, ce qui rend les gènes de cette région moins accessibles pour l’activation.

    La nouvelle étude consistait à éliminer sélectivement cette marque d’histone des chromosomes de C. elegans spermatozoïdes, qui ont ensuite été utilisés pour féconder des ovules avec des chromosomes entièrement marqués. Dans la progéniture résultante, les chercheurs ont observé des modèles d’expression génique anormaux, avec des gènes sur les chromosomes paternels (hérités du sperme) activés ou « régulés positivement » en l’absence de la marque épigénétique répressive.

    Cela a conduit les tissus à activer des gènes qu’ils n’exprimeraient pas normalement. Par exemple, le tissu germinal (qui produit des ovules et du sperme) a activé des gènes normalement exprimés dans les neurones.

    « Dans tous les tissus que nous avons analysés, les gènes étaient exprimés de manière aberrante, mais différents gènes ont été détectés dans différents tissus, démontrant que le contexte tissulaire déterminait quels gènes étaient régulés positivement », a déclaré Strome.

    L’analyse des chromosomes dans le tissu germinal de la progéniture a révélé que les gènes régulés positivement manquaient toujours de la marque d’histone répressive, tandis que la marque avait été restaurée sur les gènes qui n’étaient pas régulés positivement.

    « Dans la lignée germinale de la progéniture, certains gènes ont été activés de manière aberrante et sont restés dans l’état sans marque répressive, tandis que le reste du génome a retrouvé la marque, et ce schéma a été transmis à la petite progéniture », a expliqué Strome. « Nous supposons que si ce schéma d’emballage de l’ADN est maintenu dans la lignée germinale, il pourrait potentiellement être transmis à de nombreuses générations. »

    Chez la petite progéniture, les chercheurs ont observé une gamme d’effets sur le développement, y compris certains vers qui étaient complètement stériles. Ce mélange de résultats est dû à la façon dont les chromosomes sont distribués au cours des divisions cellulaires qui produisent les spermatozoïdes et les ovules, ce qui entraîne de nombreuses combinaisons différentes de chromosomes qui peuvent être transmises à la génération suivante.

    Les chercheurs du laboratoire de Strome ont étudié l’hérédité épigénétique dans C. elegans pendant des années, et elle a dit que ce document représente l’aboutissement de leur travail dans ce domaine. Elle a noté que d’autres chercheurs étudiant des cellules de mammifères en culture ont rapporté des résultats très similaires aux découvertes de son laboratoire sur les vers, bien que ces études n’aient pas montré de transmission sur plusieurs générations.

    « Cela ressemble à une caractéristique conservée de l’expression et du développement des gènes chez les animaux, pas seulement à un phénomène étrange spécifique au ver », a-t-elle déclaré. « Nous pouvons faire des expériences génétiques étonnantes dans C. elegans cela ne peut pas être fait chez l’homme, et les résultats de nos expériences sur les vers peuvent avoir de larges implications dans d’autres organismes. »

    Les co-premiers auteurs de l’article sont Kiyomi Kaneshiro, qui a travaillé sur l’étude en tant qu’étudiant diplômé dans le laboratoire de Strome et est actuellement chercheur postdoctoral au Buck Institute for Research on Aging, et l’associée de recherche UCSC Thea Egelhofer. Les coauteurs incluent également le bioinformaticien Andreas Rechtsteiner et l’étudiant diplômé Chad Cockrum (maintenant aux Laboratoires IDEXX). Ce travail a été soutenu par les National Institutes of Health.

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