La relative sobriété du génome humain contraste avec la profonde complexité et la diversité de l'espèce humaine et soulève plusieurs questions intéressantes. Comment construire un système aussi complexe avec un nombre aussi limité d'unités fonctionnelles distinctes ?
Introduction
La publication de la première ébauche de la séquence du génome humain en 2001 a ouvert une nouvelle ère et permis de mieux comprendre le fonctionnement de la vie aux niveaux moléculaire et génétique. L’un des enseignements les plus marquants de cette initiative ambitieuse a été de remettre en question une conception erronée mais largement répoùue dans les sciences de la vie. En bref, la publication du génome humain a conduit à réaliser que les informations fournies par la seule séquence nucléotidique sont étonnamment limitées.
L’être humain est-il plus que ses gènes ?
Avant l’achèvement du Projet Génome Humain, on pensait que les quelque 3 milliards de bases constituant le génome humain coderaient pour un nombre considérable de gènes, pouvant atteindre 2 millions ; les estimations dites « conservatrices » situaient encore ce nombre autour de 100 000. Au cours du Projet Génome Humain, cette estimation a été révisée à plusieurs reprises à la baisse. À son terme, le nombre réel d’éléments codants s’est révélé nettement inférieur à toutes les prévisions. Il a d’abord été estimé entre 25 000 et 30 000 unités fondamentales de l’hérédité, puis révisé en 2007 à environ 20 500 , et plus récemment encore à moins de 20 000 gènes . À titre de comparaison, le génome complet du nématode du sol Caenorhabditis elegans code lui aussi pour environ 20 000 gènes.
La relative sobriété du génome humain contraste avec la profonde complexité et la diversité de l'espèce humaine et soulève plusieurs questions intéressantes. Comment construire un système aussi complexe avec un nombre aussi limité d'unités fonctionnelles distinctes ? Une partie importante de la réponse se trouve probablement dans l’épigénétique. L’épigénétique étudie les caractères cellulaires et physiologiques héréditaires déterminés par des facteurs autres que la séquence de l’ADN.
Épigénétique :
Le terme est dérivé du préfixe grec « epi », qui signifie « sur » ou « au-dessus ».
Elle implique une couche supplémentaire d’information codée en quelque sorte « au-dessus » de la séquence nucléotidique.
Elle est notamment influencée par de simples modifications chimiques, telles que la méthylation et l’acétylation de l’ADN et de ses partenaires d’interaction. Ces modifications ne modifient pas
Elle joue un rôle dans le contrôle de la manière, du lieu et du moment and
Comme l’information génétique, certaines modifications épigénétiques peuvent être héritées par un phénomène appelé « empreinte génomique ». Toutefois, contrairement au génome relativement stable, l’épigénome est très dynamique et fortement influencé par des facteurs environnementaux.
Différents types de modifications épigénétiques régulent l’expression des gènes
Les modifications épigénétiques de l’ADN, telles que la méthylation des CpG, modifient la conformation tridimensionnelle du matériel génétique. Ces changements peuvent modifier la manière dont une séquence d’acide nucléique interagit avec différents partenaires protéiques, tels que les facteurs de transcription, en augmentant ou en diminuant l’affinité de certains facteurs pour la séquence et en modifiant ainsi le profil d’expression génique.
Les modifications chimiques des protéines histones interagissant avec l’ADN jouent également un rôle majeur dans la régulation épigénétique. Des modifications telles que la méthylation et l’acétylation de certains acides aminés des histones peuvent influencer leur affinité pour l’ADN et modifier ainsi le degré d’enroulement d’une région nucléotidique autour d’une histone. L’hétérochromatine fortement condensée est inaccessible à la machinerie de transcription, ce qui entraîne la répression des gènes situés dans ces régions.
Immunoprécipitation de la chromatine (ChIP)
L’immunoprécipitation de la chromatine (ChIP) est l’une des techniques les plus utilisées pour étudier les interactions entre l’ADN et les protéines qui lui sont associées, telles que les histones et les facteurs de transcription.
La ChIP est l’un des outils les plus puissants à la disposition des chercheurs en épigénétique. Elle permet d’identifier et de caractériser les interactions entre des protéines se liant à l’ADN et des séquences spécifiques.
En savoir plus sur le ChIP-seq
Dans une expérience ChIP
des anticorps dirigés contre une protéine d’intérêt sont utilisés pour précipiter un complexe protéine/ADN à partir d’une solution.
L’ADN est ensuite dissocié de la protéine associée et séquencé, ce qui permet de caractériser les séquences interagissant avec la protéine d’intérêt.
La ChIP est une méthode très sensible qui nécessite généralement un anticorps très spécifique présentant une forte affinité pour sa cible.
Remarque :
antibodies-online propose actuellement plus de 700 anticorps validés pour la ChIP , notamment des anticorps spécifiques de modifications épigénétiques importantes telles que l’acétylation et la méthylation des histones .
Enfin, l’expression génique peut également être modifiée par interférence ARN. Dans ce mécanisme, de courtes séquences d’ARN antisens peuvent réprimer l’expression d’un gène en se liant à des séquences nucléiques et en empêchant la transcription par encombrement stérique, en déclenchant des modifications des histones ou de l’ADN qui bloquent la transcription, ou en initiant des processus conduisant à la dégradation de l’ARNm transcrit.
L’ère de l’épigénome
Les modifications épigénétiques sont des changements héréditaires d’un caractère ou d’un ensemble de caractères qui ne résultent pas d’une modification directe de la composition du code génétique, mais d’une syntaxe chimique plus subtile située au-dessus du niveau de la séquence. De légères modifications chimiques de l’ADN et de ses partenaires d’interaction peuvent modifier considérablement le profil d’expression des gènes. Ces modifications ont des effets phénotypiques étendus et mesurables sur le développement et influencent les signaux qui contrôlent des événements majeurs tels que la morphogenèse et la différenciation. Une compréhension plus complète de l’épigénome présente donc un potentiel important tant pour la recherche fondamentale que pour la recherche en santé humaine. Ces perspectives ont favorisé l’essor de ce domaine et l’intérêt des organismes de financement.
Le NIH Roadmap Epigenomics Project a apporté de nouvelles informations importantes sur l’influence déterminante de l’épigénome sur le potentiel transcriptionnel de différents types cellulaires. Une collection de 21 articles , publiée dans Nature le 18 février 2015, décrit l’épigénome humain pour 111 types cellulaires humains . Le consortium a caractérisé les profils de modifications des histones, l’accessibilité de l’ADN, la méthylation de l’ADN et l’expression de l’ARN. Il a également montré que des variants génétiques associés à des maladies ou à des caractères sont enrichis en association avec certains marqueurs épigénomiques spécifiques de tissus, fournissant ainsi une nouvelle ressource pour interpréter les bases moléculaires des maladies humaines.
Remarque :
antibodies-online propose des milliers de produits pour l’étude de cibles présentant un intérêt épigénétique, dont plus de 1 800 produits d’Active Motif, un acteur reconnu dans le développement d’outils de protéomique destinés à l’étude de phénomènes épigénétiques tels que la méthylation de l’ADN et les modifications des histones.
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Ces résultats, associés à ceux obtenus par le consortium ENCODE en 2012 , montrent clairement qu’une nouvelle ère de la recherche en épigénétique est désormais possible grâce aux techniques modernes à haut débit telles que Meth-Seq ou ChIP-seq. Ces nouvelles techniques dépendent de réactifs de haute qualité et éprouvés, ce qui montre que les réactifs « classiques » de protéomique, tels que les anticorps, restent aujourd’hui aussi pertinents et nécessaires dans ce domaine qu’auparavant. (par ex. Le site ENCODE à lui seul répertorie 295 anticorps utilisés dans les laboratoires participants.)
