Le processus de la méthylation d’ADN : ce qu’il faut savoir

méthylation de l’ADN
18 septembre 2020
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Ces dix dernières années, de nombreuses recherches ont été entreprises sur les altérations épigénétiques. Certaines modifications liées à l’âge ont été mises en exergue dans le cadre de ces études, relatives aux mécanismes épigénétiques et plus particulièrement à la méthylation de l’ADN.

La méthylation de l’ADN en quelques mots

Par définition, on parle de méthylation de l’ADN pour décrire le phénomène par lequel, les groupes de méthyles (H3) vont rejoindre certains sites spécifiques de l’ADN. En ce faisant, le processus déclenche une condensation de la chromatine, qui empêche certains gènes de s’exprimer.

Qu’est-ce que la méthylation d’ADN ?

La méthylation d’ADN est un mécanisme épigénétique, qui permet de réguler l’expression du gène ADN. Dans les eucaryotes, de nombreux processus ont déjà été établis, permettant de régler l’expression du gène. La méthylation d’ADN quant à elle, relève d’un procédé quelque peu différent. Grâce à l’outil épigénétique, le gène n’est pas seulement règlementé dans ses expressions, il est quasiment fixé en position OFF.

Les recherches effectuées en la matière ont permis de développer de nombreuses théories sur la méthylation d’ADN. Pour rappel, il s’agit d’un incontournable pour de nombreux processus cellulaires pour le développement de l’organisme. L’ADN, de par sa nature comprend des combinaisons de 4 nucléotides, dont :

  • La cytosine ;
  • La guanine ;
  • La thymine ;
  • L’adénine.

On parle de méthylation de l’ADN lorsqu’un nouveau groupe intègre la composition du gène, notamment un groupe méthylique (CH3) qui viendra s’ajouter directement au brin d’ADN. Le plus souvent, ce dernier groupe intègre le cinquième atome de carbone de la sonnerie de cytosine. De ce fait, la cytosine subit une transformation, de la cytosine à la méthylcytosine 5.

Rôle de la méthylation d’ADN dans le fonctionnement cellulaire

Le principal rôle de la méthylation d’ADN consiste en la régulation de l’expression des gènes dans les cellules. Une méthylation optimale conditionne la transcription génétique. Une méthylation excessive peut par contre induire l’inhibition de cette transcription.

La méthylation d’ADN sert de modèle pour l’expression des gènes. Elle influence le fonctionnement cellulaire au cours de toute la phase de développement embryonnaire. Elle assure une croissance saine. Elle prévient la formation de séquences d’ADN qui peuvent risquer de nuire à la santé du sujet. Elle aide à éliminer la transcription de gènes rétroviraux.

La méthylation d’ADN contribue aussi à la structuration de la chromatine. Elle en fixe la forme fermée. Cela permet à la cellule d’évoluer sereinement au sein de tissus multicellulaires. Elle peut ainsi se développer sainement dans l’organisme où elle se trouve.

Les recherches récentes ont révélé le rôle indispensable de la méthylation d’ADN dans de nombreux phénomènes cellulaires. Elle agit entre autres dans l’inactivation du chromosome X, la stabilisation de chromosome et la carcinogenèse. Elle se déroule en majorité dans les régions codantes, intergéniques et les séquences répétitives du génome humain. Elle en protège l’intégrité et en assure la stabilité en empêchant l’activation des éléments mobiles. Elle régule la transmission de certains gènes spécifiques. Elle exerce une répression sur la méiose de cellules somatiques pour maintenir l’identité des cellules.

Relation entre la méthylation d’ADN et certaines maladies

Les récentes études ont établi un lien entre la méthylation d’ADN et certaines maladies. Elle serait entre autres responsable de l’apparition de lupus, de dystrophie musculaire et de diverses anomalies congénitales.

La perturbation de la méthylation se trouve à l’origine de différentes formes de tumeurs et de cancers. Une hyper méthylation mène à la diminution de gènes suppresseurs de tumeur. Inactivés, ceux-ci permettent le développement rapide des cellules cancéreuses. Une absence de méthylation induit une instabilité du génome et facilite le développement de la tumeur. Les gènes des cellules germinales sont retranscrits au cours du développement du cancer. Cet effet de l’absence de méthylation est constaté dans les cellules affectées du cancer du côlon, du sein.

Les facteurs de perturbation de la méthylation d’ADN

Les perturbations de la méthylation proviennent de l’action d’oncogènes. Ceux-ci mettent en œuvre de nombreux effecteurs épigénétiques pour provoquer l’hyper méthylation.

Les facteurs environnementaux peuvent également induire un dysfonctionnement au niveau de la méthylation. Il peut s’agir de l’exposition à des polluants ou d’une mauvaise hygiène de vie.

Horloge épigénétique et âge biologique

La perturbation de la méthylation d’ADN survient naturellement avec l’âge. Cela mène à des altérations épigénétiques qui participent au processus du vieillissement.

Les différentes modifications épigénétiques

Les études sur la génétique ont longtemps affirmé l’unicité du code génétique contenu dans l’ADN. Les théories avancent ainsi le maintien de ce code au sein des différentes cellules spécifiques de l’organisme. Les récentes observations ont ensuite révélé les transformations qui interviennent sur l’ADN. Celles-ci surviennent de manière spontanée ou sous l’influence de facteurs externes. Elles induisent une modification de l’expression génétique sans affecter la structure de l’ADN. La science qui étudie ces modifications s’appelle l’épigénétique. Elle a permis d’élucider l’évolution différente des cellules appartenant à un même organisme, malgré l’ADN commun.

Il ne s’agit pas de transformations affectant directement l’ADN. Toutefois, un lien étroit existe entre l’ADN et les modifications. Elles ont lieu au niveau du noyau cellulaire et peuvent devenir héréditaires. Ce phénomène va à l’encontre des principes antérieurs connus de la génétique.

Plutôt que modifications, le terme le plus approprié serait altérations. L’épigénétique compte trois principales modifications qui sont la méthylation d’ADN, les modifications d’histones et le remodelage de la chromatine.

Notions sur l’horloge épigénétique

L’horloge épigénétique est un outil qui permet de mesurer les variations de la méthylation d’ADN.

  • Définition

Les perturbations de la méthylation d’ADN constituent un des principaux éléments du processus du vieillissement. Elles peuvent se présenter sousforme d’excès ou d’absence. L’épigénétique effectue une évaluation de ces dysfonctionnements pour constituer l’horloge épigénétique. Celle-ci permet de déterminer l’âge biologique d’une personne. Elle aide ainsi à comprendre les différences du niveau de vieillissement de personnes de même âge chronologique.

  • Principe

L’horloge épigénétique est un estimateur de l’âge biologique qui se base sur l’étude des altérations épigénétiques. Elle effectue l’évaluation sur les cellules, les tissus et les organes. Elle constitue des biomarqueurs à travers des sites CpG. Elle établit les relations entre le vieillissement et certaines pathologies. Elle mène à l’évaluation de l’accélération du vieillissement. Il s’agit du calcul de la différence entre l’âge épigénétique et l’âge chronologique. L’horloge épigénétique est un outil permettant de prédire approximativement l’espérance de vie, facteurs de risques mis à part.

L’horloge épigénétique de Horvath

  • Caractéristiques

L’horloge épigénétique de Horvath se distingue des autres modèles par le nombre de sites CpG qu’elle utilise. En effet, il met en jeu 353 de ces sites pour constituer des biomarqueurs. Elle est ainsi considérée comme la plus fiable de toutes. Elle peut s’appliquer à un grand nombre de tissus. Elle détermine distinctement et avec précision l’âge des cellules, des tissus et des organes.

  • Historique

Steve Hovarth, d’origine allemande est un professeur multidisciplinaire qui a effectué différentes études aux États-Unis. Il a notamment obtenu un doctorat en mathématiques, et enseigné la biostatistique et la génétique humaine. Il s’est illustré par les nombreux prix de recherche qu’il a reçus.

  • L’œuvre du professeur Hovarth sur l’épigénétique

Horvath a présenté sa méthode d’estimation de l’âge en fonction de la méthylation dans un article du magazine Nature en 2011. Il a basé ses calculs sur le niveau de méthylation de la salive. Il a ensuite enchaîné sur un article présentant l’étude sur toutes les cellules à noyau de l’organisme. C’est ainsi qu’est née l’horloge épigénétique d’Horvath. Il a ensuite participé à l’affirmation de la possibilité d’évaluer l’espérance de vie. Les articles ainsi publiés ont également révélé l’impact de certains états pathologiques sur la méthylation et le vieillissement. Son équipe a identifié les marqueurs génétiques liés au vieillissement. Il a ensuite mis en évidence la relation entre le vieillissement et le mode de vie et l’alimentation. C’est ainsi qu’il a émis avec son collaborateur la théorie de l’horloge épigénétique du vieillissement.

Horloge épigénétique et vieillissement

 Le choix du terme d’horloge épigénétique découle de la mesure des variations de la méthylation au fil du temps. Il ramène à la notion de vieillesse et de mortalité.

Mesure du vieillissement

La mesure du vieillissement est déduite de celle des caractéristiques épigénétiques. La première donnée prise en compte est certes l’âge chronologique. Mais le calcul nécessite l’évaluation de nombreux mécanismes. Il repose sur l’évaluation des modifications épigénétiques. Celles-ci apportent les précisions nécessaires à l’estimation du niveau de vieillissement. L’horloge épigénétique relate les modifications relatives à la croissance, au développement puis à la sénescence. Elle constitue un moyen de prédire les causes de la mortalité.

Les facteurs du vieillissement

L’horloge épigénétique d’Horvath évalue la vitesse de vieillissement et les risques de mortalité en fonction des facteurs externes. Elle affirme ainsi que le risque est proportionnel au décalage entre l’âge chronologique et l’âge épigénétique. Ses études ont permis d’établir un lien entre l’âge épigénétique et le mode de vie. Ainsi, on a pu constater le ralentissement de l’âge biologique par la consommation de poissons et de légumes. L’horloge s’accélère par contre chez les fumeurs, et les consommateurs d’alcool. Le stress et le sommeil insuffisant constituent également des facteurs d’accélération du vieillissement.L’activité physique n’a qu’une faible incidence selon toujours Horvath. En réalité, le mode de vie affecte à 60 % l’horloge biologique contre 40 % pour les facteurs génétiques.

Les effets de l’âge sur la santé

Les altérations des mécanismes cellulaires engendrent diverses pathologies. Elles augmentent inévitablement avec l’âge. Ainsi, l’écart se creuse entre l’âge chronologique et l’âge épigénétique. On assiste à une accélération du processus de vieillissement. Elle affecte les tissus et se trouve à l’origine de diverses maladies de vieillesse. Elle accroit le risque de développer un cancer et le risque de mortalité qui en découle. Elle occasionne la survenue de troubles cardiovasculaires. Elle favorise l’apparition de la maladie de Parkinson, du syndrome de Werner. Chez les sujets atteints du syndrome de Down, le vieillissement des cellules du sang et du cerveau s’accélère. L‘horloge épigénétique permet de déceler les différences de vitesse de vieillissement au niveau des différents tissus. Cela permet de déduire la présence d’un trouble au niveau des organes en âge épigénétique plus avancé.

Horloge épigénétique et rajeunissement

Les informations fournies par l’horloge épigénétique permettent de déterminer les causes du vieillissement. Elles orientent ainsi la thérapie adaptée aux pathologies détectées. Mais en plus, les études ont émis la possibilité d’une inversion du processus de vieillissement.

Hormone de croissance

Des essais initiés par Horvath ont permis de conclure que l’hormone de croissance diminue l’âge épigénétique. Elle a été utilisée pour vérifier son effet sur la régénération des cellules du thymus.

  • Rappels sur le thymus

Le thymus est une glande située au niveau de la poitrine. Il contribue à la fonction immunitaire. Il est le siège de la maturation des globules blancs en lymphocytes T. Ceux-ci sont destinés à lutter contre le cancer et les infections. Il diminue de volume après la puberté. Son tissu lymphoïde se recouvre peu à peu de tissu adipeux.

  • Action de l’hormone de croissance sur le thymus

L’hormone de croissance produit un effet régénérateur pour les cellules du thymus. Ainsi, les nouveaux tissus prennent la place de la couche de graisse enveloppant le thymus. En plus, la production de cellules sanguines s’est accrue. Cela permet de conclure à un renforcement de la fonction immunitaire et donc une amélioration de l’état de santé. Cela présage la prévention d’infections et de tumeur et un rallongement de l’espérance de vie.

Traitement de la vieillesse

L’hormone de croissance testée pour rajeunir le thymus présente des risques d’engendrer le diabète. Pour l’essai, elle a été associée à des médicaments anti diabète. Les résultats confirment l’effet des médicaments sur le ralentissement du vieillissement. Les chercheurs affirment même un renversement du processus, un rajeunissement, plus qu’un ralentissement. L’inversion est estimée à environ 2,5 ans sur l’âge épigénétique. Elle s’est manifestée au niveau du système immunitaire, mais aussi sur le génome des sujets traités. Cet effet a persisté au-delà de six mois après l’administration des médicaments.

Etudes scientifiques :


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