Nos informations génétiques, font-elles de nous réellement ce que nous sommes ? L’environnement dans lequel nous vivons joue-t-il un rôle important dans notre identité ? Comment les empreintes chimiques de notre matériel génétique agissent-elles sur notre génome ? Toutes ces questions tentent de répondre à un domaine de la science appelé épigénétique. Celle-ci désigne une étude de la relation entre notre génétique et d’autres facteurs tels que notre environnement et notre santé.

Conrad H.Waddingtong a intriduit le terme « épigénétique » dans les années 1950 par. Il l’a défini comme « l’analyse causale du développement ». Cela implique toutes les interactions des gènes avec leur environnement et leur effet capital pour l’organisme. Dans ce chapitre, vous allez comprendre l’épigénétique, les mécanismes épigénétiques ainsi que les exemples d’épigénétique dans la vie. Vous y découvrirez également des liens épigénétiques entre votre style de vie et votre santé. Ce contenu met en valeur le lien entre de vraies études épigénétiques et nos choix de vie.

Une petite explication sur la base de l’épigénétique

D’une manière simplifiée, l’épigénétique se définit comme l’étude des mécanismes biologiques qui activent et désactivent les gènes. Qu’est-ce que cela signifie ? Pour mieux comprendre le concept d’épigénétique, nous avons d’abord besoin d’un bref cours de biochimie et de génétique. En d’autres termes, cela nécessite la compréhension de certains éléments comme :

Les cellules

Les cellules sont des éléments constitutifs fondamentaux de tout être vivant. Toutes les instructions nécessaires pour diriger leurs activités sont présentes dans l’acide désoxyribonucléique chimique, également connu sous le nom d’ADN.

L’épigénétique est ce qui détermine la spécialisation de chaque cellule. Les stimuli environnementaux peuvent également provoquer l’activation ou la désactivation de gènes.

L’ADN

L’ADN humain contient environ 3 milliards de bases de nucléotides. Il existe 4 types fondamentaux de bases de l’ADN : l’adénine, la cytosine, la guanine et la thymine, généralement abrégés en A, C, G et T.

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La séquence

La séquence détermine nos instructions de vie. Il est important de noter que notre séquence d’ADN est essentiellement similaire à celle des chimpanzés. Seule une fraction de séquences distinctes nous différencie d’eux.

Les gènes

Sur les 3 milliards de bases, il y a environ 20 000 gènes. Les gènes sont des séquences spécifiques de bases fournissant des instructions sur la fabrication de protéines importantes. Ce sont des molécules complexes qui déclenchent diverses actions biologiques pour mener à bien des fonctions vitales.

En d’autres termes, l’ADN donne les directives pour la production de diverses protéines fonctionnelles à l’intérieur de la cellule.

Quelques points importants sur l’épigénétique

En parlant d’épigénétique, il est nécessaire de comprendre certains points :

L’épigénétique est partout

L’épigénétique se trouve dans votre mode de vie. Dans ce que vous mangez, où vous habitez, avec qui vous interagissez. Il est aussi présent quand vous dormez, les activités physiques réalisées, même le vieillissement. Tous ces éléments peuvent éventuellement provoquer des modifications chimiques qui vont activer ou désactiver les gènes au fil du temps. De plus, dans certaines maladies, telles que le cancer ou la maladie d’Alzheimer, divers gènes passeront à l’état opposé, loin de l’état normal / sain.

L’épigénétique à chaque personne d’être unique

Même si nous sommes tous humains, pourquoi certains d’entre nous ont-ils des cheveux blonds ou une peau plus sombre ? Pourquoi certains détestent les champignons ou les aubergines ? Pourquoi certaines personnes sont-ils plus sociables que d’autres ? Il faut savoir que les différentes combinaisons de gènes activées ou non nous rendent tous uniques. Cependant, certains changements épigénétiques peuvent être hérités.

L’épigénétique est réversible

Avec plus de 20 000 gènes, quels seront les résultats de l’activation ou de la désactivation des différentes combinaisons de gènes ? Les arrangements possibles sont énormes ! Mais si nous pouvions cartographier chaque cause et effet des différentes combinaisons ? Et si nous pouvions inverser l’état du gène pour conserver le bien tout en éliminant le mauvais ? Nous pourrions alors éventuellement guérir le cancer, ralentir le vieillissement, arrêter l’obésité et bien plus encore.

Comprendre l’importance de la base biologique de l’épigénétique

Imaginez une phrase où chaque lettre, chaque mot et chaque signe de ponctuation sont importants et lui donnent tout son sens. Un petit changement au niveau de l’écriture peut alors modifier toute la signification de la phrase. Il en est de même pour l’épigénétique. Elle soutient que la chromatine est marquée et qu’elle comporte une signification fonctionnelle. Les principales bases moléculaires des marques épigénétiques sont étroitement liées aux composants principaux de la chromatine, à savoir les protéines ADN et histones. Les deux unités sont la cible principale des modifications épigénétiques.

L’ADN est sujet à un marquage par méthylation (addition d’un groupe méthyle, -CH3) et par hydroxyméthylation (addition d’un groupe OH-CH3). Les deux se produisant dans le nucléotide cytosine. Ainsi, la méthylation de l’ADN peut moduler la transcription des gènes par le biais de deux mécanismes connus :

  • L’empêchement physique de la liaison des facteurs de transcription au promoteur :

  • La liaison à l’ADN méthylé de protéines en recrutant d’autres enzymes de « chromatographie » de la chromatine. Ces enzymes pourraient modifier les histones et ainsi devenir des structures de chromatine inactives. 

Par conséquent, il existe une relation étroite entre le schéma de méthylation de l’ADN et le processus de cancérogenèse.

Les autres composants de la chromatine sujets aux marques épigénétiques sont les histones. Jusqu’à présent, il a été décrit que les acides aminés susceptibles d’être marqués sont : la lysine, l’arginine, la sérine et la thréonine. De plus, les modifications chimiques ont un impact important sur la structure et la fonction génétique de la chromatine. Ces derniers diffèrent en fonction du type et de l’emplacement de la modification. 

De ce fait, il est très important de comprendre l’impact de l’épigénétique, non seulement sur le phénotype. Mais aussi sur le rôle important qu’elle joue dans les maladies. Néanmoins, il faut toujours garder à l’esprit que, s’il n’existait qu’un génome, il pourrait y avoir des milliers de facteurs épigénétiques.

Pourquoi faut-il s’intéresser à l’épigénétique ?

La connaissance des causes d’une maladie est essentielle non seulement pour trouver les traitements adéquats, mais aussi pour la prévenir. Si, historiquement, l’accent a été mis sur le débat « nature contre-culture », des récentes avancées montrent que l’argument n’est peut-être pas aussi noir et blanc. Pourquoi donc ?

On peut dire que l’épigénétique reflète l’état de santé d’un individu. Elle explique comment les choix ou les habitudes de vie d’une personne peuvent la rendre plus vulnérable à une maladie. Alors que la génétique se penche sur l’expression du code génétique, l’épigénétique, quant à elle, se concentre sur l’étude des autres facteurs qui influencent l’activité des gènes. 

Après de nombreuses recherches dans le domaine de l’épigénétique, une hypothèse sur le développement de la santé et des maladies a été proposée. Selon cette hypothèse : « au début de la vie de l’Homme (à la conception et/ou pendant la vie fœtale et la petite enfance), l’environnement induit des modifications du développement impactant à long terme sur sa santé, voire sur les risques de maladies ».

On pense que ces changements dans la façon dont un individu se développe proviennent des mutations dans l’expression et/ou l’action des gènes. La recherche effectuée par des professionnels dans différentes spécialisations identifie des biomarqueurs (les alternances d’expression génique corrélées à un résultat spécifique) liés à de nombreux processus pathologiques tels que le cancer, les maladies auto-immunes et les conditions de vie telles que l’obésité.

Les mécanismes épigénétiques

Après avoir défini le concept d’épigénétique, il est temps d’aborder les mécanismes à l’origine de ces modifications de la fonction des gènes, c’est-à-dire de leur expression.

À ce jour, trois mécanismes principaux impactant dans la régulation des gènes ont été notés. Il s’agit de : la modification de l’histone, la méthylation de l’ADN et les ARN non codants.

La modification de l’histone

Les histones sont des protéines qui participent à la réplication de l’ADN et à la formation de nucléosomes, ainsi qu’au marquage épigénétique. Les extrémités amino-terminales de ces protéines peuvent subir différentes modifications post-traductionnelles qui déterminent l’expression des gènes, telles que la méthylation, l’acétylation, l’ubiquitination et la phosphorylation.

La méthylation de l’ADN

Au cours de la réplication de l’ADN, les cytosines de la chaîne nouvellement synthétisée sont méthylées. Cette méthylation permet ainsi de maintenir la mémoire de l’état méthylé dans la molécule d’ADN nouvellement synthétisée. Normalement, cette modification est héritée et devient stable. Cependant, en cas de surméthylation, elle peut empêcher la transcription des gènes impliqués.

Les ARN non codants

Ce type d’ARN ne code pas pour une protéine, mais ses séquences sont complémentaires de l’ADN ou de l’ARN codant et empêchent sa traduction. À ce type appartient l’ARN dit d’interférence, qui se lie à des séquences d’ARN messager complémentaires pour les dégrader et empêcher leur traduction. Ces processus, qui se produisent au niveau moléculaire, peuvent devenir fondamentaux afin de déterminer les modèles de comportement et les changements de personnalité.

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La relation entre l’épigénétique et la méditation

L’ADN détermine en grande partie qui nous sommes. Mais il n’est pas figé à vie. Notre comportement et notre environnement peuvent modifier les gènes, en bien ou en mal. Une question se pose donc : la méditation, peut-elle nous affecter au niveau génétique ?

La pratique de la méditation, outre ses bienfaits psychologiques, provoque une sensation de relaxation physique dans notre corps. Une étude de l’Université de Wisconsin-Madisonha (États-Unis) a montré que cette abstraction mentale pouvait avoir des effets allant au-delà de la fatigue musculaire en générant une altération de l’expression de nos gènes.

Pour parvenir à cette conclusion, les chercheurs ont analysé les effets d’une journée de méditation consciente sur un groupe de sujets friands de cette pratique et sur un autre groupe de personnes effectuant d’autres types d’activités silencieuses. 

Les observations ont montré une série d’altérations moléculaires dans le premier groupe après le développement de l’activité, notamment une faible régulation des gènes RIPK2 et COX2 impliqués dans le processus inflammatoire. Cela entraîne alors une récupération rapide dans une situation stressante. Les auteurs affirment que la pratique de la méditation déclenche des altérations épigénétiques dans le génome. Cette étude révèle ainsi les vertus potentielles de la méditation dans le cadre de traitement de l’inflammation chronique.

Des études cliniques antérieures avaient même suggéré que la méditation était capable de façonner des zones de substance grise du cerveau liées à la mémoire, à l’empathie et au stress, et donc de générer un bénéfice important pour le corps.

L’exercice comme manipulation génétique

L’exercice modifie l’expression des gènes. En effet, il augmente la masse musculaire. Cependant, il ne faut pas oublier que l’exercice peut être utilisé pour modifier l’expression des gènes responsables des maladies. Cela concerne surtout les maladies qui font le plus de victimes dans le monde : cancer, diabète et obésité.

Le manque d’activité physique est l’une des causes de ces maladies. On estime que le manque d’exercice physique est la cause directe de 6 % des coronaropathies. C’set aussi le cas de 7 % des cas de diabète et de 10 % des cancers du sein et du côlon, etc. L’exercice physique aide donc à prévenir toutes ces maladies, y compris les cas de cancer.

Comme si cela ne suffisait pas, les changements induits par l’exercice sont épigénétiques. Voici quelques-uns des effets directs de l’exercice qui reprogramment les gènes et améliorent ainsi la santé :

Les effets sur le cancer du sein

Dans les cellules cancéreuses, les gènes qui réparent l’ADN sont « désactivés » par une réaction chimique appelée méthylée. L’exercice empêche l’apparition du cancer du sein en évitant cette méthylation et permet donc de réparer l’ADN endommagé. Dans une autre étude, l’exercice a permis d’empêcher la désactivation d’un gène responsable de la suppression des tumeurs.

Les effets sur l’inflammation

Pour fabriquer des protéines, l’ADN transmet les instructions à l’ARN. C’est la molécule qui sera utilisée comme « matrice » pour la synthèse des protéines. Ici, d’autres molécules, appelées microARN qui régulent le processus, jouent un rôle important. Dans une expérience, un exercice d’intervalle a modifié l’activité du microARN en réduisant la production de facteurs inflammatoires dans les cellules sanguines.

Les effets sur le cancer de l’estomac

Encore une fois, l’exercice a empêché l’expression de gènes liés à l’apparition de tumeurs dans l’estomac. 

Les effets sur le diabète

L’un des facteurs déterminants du diabète est la résistance à l’insuline. Les cellules, en particulier les muscles, cessent de réagir à l’augmentation de l’insuline pour stocker le glucose. L’exercice modifie l’expression des gènes dans le tissu musculaire en relation avec la résistance à l’insuline, réduisant ainsi le risque de diabète.

Les impacts de l’exercice sur l’obésité

L’activation ou la désactivation de certains gènes dans les cellules du tissu adipeux déterminent celui qui est dédié au stockage de plus de graisse, conduisant au surpoids et à l’obésité. Lors de l’étude du tissu adipeux, il a été constaté que les gènes associés à l’obésité étaient désactivés au moyen d’un programme d’exercices aérobiques d’une durée de six mois, trois fois par semaine. 

Les effets sur les maladies cardiovasculaires 

Après quatre semaines d’entraînement, trois fois par semaine, les gènes impliqués dans l’apparition des maladies cardiovasculaires ont été désactivés par méthylation. 

Les effets sur les maladies mentales 

Lors du traitement de certains patients schizophrènes avec un programme de poids et d’exercices d’aérobie légers, il a été constaté que la production d’interleukine-6 ​​était réduite. On pense que c’est précisément l’excès de cette protéine, dû à une modification de l’expression de son gène, qui est à l’origine de la schizophrénie.

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L’effet de la pratique régulière d’exercices physiques sur les modifications épigénétiques

On sait que l’exercice physique régulier prévient les maladies chroniques, diminue la mortalité et augmente la longévité. 

Dans le cadre de la présente étude, des scientifiques de l’Institut Karolinska en Suède ont démontré que l’exercice régulier produisait des modifications épigénétiques dans le muscle, principalement par le biais de processus de méthylation. Mais l’important dans ce travail la possibilité de montrer l’impact de l’exercice isolé des autres variables pouvant intervenir dans ces processus.

23 personnes, hommes et femmes en bonne santé ont participé à l’étude pendant trois mois. Chacun a exercé une de ses jambes pendant 45 minutes et 4 jours par semaine. Généralement, ce type de recherche analyse l’ADN dans des échantillons de tissus avant et après un exercice. Contrairement à cette généralité, dans ce travail, chaque sujet n’entraînait qu’une jambe, transformant l’autre jambe en contrôle. Cela permet d’éviter la convergence d’autres facteurs susceptibles d’altérer les processus épigénétiques. Les individus ont subi une série d’examens : physique et médical. Un échantillon du muscle des deux jambes a été prélevé pour analyse au début et à la fin de l’étude.

Les résultats de l’analyse génomique ont montré que les échantillons musculaires de la jambe exercée présentaient des profils de méthylation différents et en plus grand nombre que la jambe non exercée. De plus, des modifications sont survenues dans les sites du génome où l’expression génétique est amplifiée. Par contre, on n’a remarqué aucun changement dans l’autre jambe.

L’épigénétique et l’intolérance au lactose

Notre génome est responsable de la mémorisation complète des instructions pour la conception de notre organisme. L’épigénétique est celle qui influence quand, et comment les instructions seront exécutées. Plus important encore, cette dernière apprend avec le temps et les circonstances.

Ne soyez pas surpris qu’avec l’âge si vous développez une intolérance au lactose avec l’âge. Ce n’est pas par magie, ce n’est pas à cause d’une maladie ni d’un virus, mais à cause de la combinaison d’éléments qui affectent l’expression de nos gènes par l’épigénétique.

Plus de 65 % des adultes dans le monde sont intolérants au lactose. Notre génome est très dynamique. Il est organisé à différents niveaux de compactage. Ainsi, certaines zones ne sont pas accessibles au mécanisme de transcription, responsable de l’interprétation de notre génome. Différents éléments rejoindront ou se sépareront de notre ADN, de sorte que certaines régions deviendront accessibles ou non. Cela engendrera des modifications de l’expression des gènes. Ces derniers, dans le cas d’une intolérance au lactose, entraîneront une expression réduite de l’enzyme lactase.

Santé et bien-être

Pour toutes ces raisons, l’épigénétique peut être la clé de nombreuses avancées médicales prévues dans un avenir proche. Le bien-être et la santé de la race humaine peuvent bénéficier aujourd’hui de changements d’une ampleur pratiquement inimaginable.

Tout indique que l’alimentation, le mode de vie, le stress et l’environnement affectent notre santé d’une manière encore plus intense que nous ne le pensions jusqu’à maintenant.

Cependant, si la science et la médecine continuent à faire progresser la connaissance de ces fonctions qui régulent le comportement des gènes, nombreux maux et plusieurs maladies qui nous affectent aujourd’hui pourraient bientôt être une chose du passé.

Conclusion

Pour conclure, l’épigénétique étudie les mécanismes biologiques qui activent et désactivent des gènes. En retour, l’action de vos gènes affecte directement votre bien-être et votre santé. Plus spécifiquement, ce domaine de la science explique les changements génétiques qui ne dépendent pas de l’acide désoxyribonucléique (ADN). Au contraire, il se concentre sur les modifications dues à des facteurs externes.

Par ailleurs, certains facteurs peuvent conditionner vos antécédents médicaux et vos maladies. Aussi, grâce à l’étude de cette discipline et des changements épigénétiques, bientôt, l’être humain sera capable de :

  • Guérir le cancer.
  • Retarder le vieillissement.
  • Éviter la maladie d’Alzheimer.
  • Éradiquer l’obésité.
Sources et références :

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22818936

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27510511

https://bmcgenomics.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12864-017-4193-5

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23054940

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21837478

http://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.100372