CONTENU VÉRIFIÉAuteur : Karolina Karabin, MD, PhD, biologiste moléculaire, diagnosticienne de laboratoire, consultante en nutrition et mode de vie

L'alimentation peut-elle changer nos gènes ? Les traumatismes de notre enfance pourraient-ils affecter nos enfants et petits-enfants ? Les réponses à ces questions peuvent être apportées par l'épigénétique, c'est-à-dire la science qui étudie les soi-disant modifications épigénétiques. Actuellement, les modifications épigénétiques sont considérées comme l'une des découvertes les plus importantes de la biologie moléculaire, car elles ont permis de comprendre la relation entre le patrimoine génétique et les facteurs environnementaux.

L'épigénétiqueest une branche de la science qui étudie les changements dans l'expression des gènes qui ne résultent pas de modifications de séquence dans un brin d'ADN. Ces modifications sont appelées épigénétiques et constituent un type de marqueurs moléculaires qui sont ajoutés aux brins d'ADN par des enzymes appropriées, par exemple les méthyltransférases.

Au moyen de modifications épigénétiques, le corps peut contrôler le cours de nombreux processus biologiques clés, tels que le développement de tissus et d'organes individuels dans l'utérus.

Le terme "épigénétique" a été utilisé pour la première fois par Waddington en 1942. Le préfixe « epi- » vient du mot grec « au-dessus », dont la traduction approximative signifie quelque chose qui est au-dessus de la génétique classique.

Épigénétique - que sont les modifications épigénétiques ?

Les marqueurs moléculaires ajoutés à un brin d'ADN lors de modifications épigénétiques peuvent déterminer si un gène est exprimé ou non, agissant comme des "interrupteurs" moléculaires et des "interrupteurs" qui régulent l'expression de gènes particuliers.

Plus important encore, ces types de modifications ne modifient pas la structure du brin d'ADN, c'est-à-dire qu'il ne s'agit pas d'un type de mutation génétique irréversible, mais de quelque chose qui subit des changements dynamiques sous l'influence de facteurs environnementaux.

De plus, des marqueurs moléculaires appropriés sont ajoutés ou retirés après chaque division cellulaire et duplication de brin d'ADN.

Par conséquent, chaque cellule a son propre modèle caractéristique de marqueurs moléculaires, qui détermine son profil d'expression génique spécifique. La collection de ces marqueurs moléculaires estepigenom

La modification épigénétique la plus connue estla méthylation de l'ADN , qui impliqueattachant un groupe méthyle à la cytosine (un composé basique qui fait partie de l'ADN).

La modification épigénétique inverse de la méthylation estla déméthylation , qui consiste à retirer le groupe méthyle de la cytosine

Épigénétique - types de modification épigénétique

Les modifications épigénétiques peuvent affecter directement le brin d'ADN :

  • Méthylation de l'ADN, c'est-à-dire joindre des groupes méthyle à la cytosine au moyen d'ADN méthyltransférases
  • Déméthylation de l'ADN, c'est-à-dire la séparation des groupes cytosine méthyle au moyen d'ADN déméthylases
  • De plus, des modifications épigénétiques sont faites de protéines sur lesquelles rien d'ADN n'est enroulé, c'est-à-dire des histones :
  • méthylation des résidus lysine et arginine des histones avec des histones méthyltransférases
  • déméthylation des résidus lysine et arginine des histones avec des histones déméthylases
  • acétylation des résidus d'histone lysine avec des histone acétyltransférases
  • désacétylation des résidus d'histone lysine par l'histone désacétylase
  • phosphorylation des résidus sérine histone par les kinases
  • ubiquitination des résidus d'histone lysine en fixant la protéine ubiquitine aux histones à l'aide des enzymes E1, E2 et E3
  • ribosylation des résidus d'histones glutamine et arginine impliquant la fixation de nucléotides ADP-ribose à l'aide de polymérase et de transférase

Les modifications épigénétiques atypiques sont les soi-disant molécules d'ARN non codantes, par exemple microARN (miARN). Ce sont de courtes molécules d'ARN simple brin (composés de type ADN) qui peuvent réguler l'expression des gènes en bloquant la formation de protéines.

Épigénétique - le rôle des modifications épigénétiques

  • amélioration de l'expression des gènes
  • faire taire l'expression des gènes
  • contrôle de la différenciation cellulaire dans le corps
  • développement embryonnaire
  • régulation du degré de condensation de la chromatine, par exemple inactivation du chromosome X, grâce à laquelle une seule copie des gènes liés au sexe est active chez la femme.

Un exemple intéressant du rôle des modifications épigénétiques dans le développement animal est celui des abeilles. Chez ces insectes, la reine est la mère de toutes les abeilles d'une même ruche, avec pour conséquence qu'elles ont toutes la même séquence d'ADN.

Néanmoins, une ruche est habitée par des insectes qui ont une apparence et un comportement différents. Les ouvrières sont plus petites que la reine et ont un tempérament doux, tandis que les soldats sont plus grands et agressifs.

Ces différences sont causées par des modifications épigénétiques qui déterminent l'apparence et le comportement des abeilles adaptées au rôle qu'elles jouent dans la communauté de la ruche

Un mécanisme similaire est observé au cours du développementanimaux fœtaux, lorsque le silence et l'amélioration de l'expression de gènes spécifiques affectent le sort d'une cellule souche donnée, qu'il s'agisse d'une cellule nerveuse du cerveau ou d'une cellule épithéliale de l'estomac.

Épigénétique - alimentation

Les modifications épigénétiques se produisent au cours de la vie fœtale et peuvent ensuite subir des changements dynamiques tout au long de la vie sous l'influence de facteurs environnementaux

L'un des facteurs les plus importants qui influencent la forme de l'épigénome est la nourriture et ses substances bioactives.

L'influence de l'alimentation sur la modification épigénétique a été confirmée dans de nombreuses études précliniques et cliniques

Il existe au moins deux mécanismes par lesquels l'alimentation peut affecter la modification épigénétique, principalement le processus de méthylation :

  • en modifiant la disponibilité des donneurs de méthyle tels que la S-adénosylméthionine (SAM), qui est synthétisée dans le cycle de la méthionine à partir de plusieurs précurseurs présents dans les aliments, dont la méthionine, la choline et son dérivé la bétaïne, l'acide folique et les vitamines B2, B6 et B12 . Par conséquent, la disponibilité réduite de ces composés peut entraîner une synthèse réduite de SAM et des perturbations dans le processus de méthylation
  • en modulant l'activité des enzymes liées au processus de méthylation (par exemple la DNMT méthyltransférase) par la consommation de polyphénols contenus dans les fruits, les légumes et les épices. Des exemples de tels composés sont le resvératrol dans le vin rouge, le gallate d'épigallocatéchine (EGCG) dans le thé vert, la curcumine dans le rhizome de curcuma, la génistéine dans le soja, le sulforaphane dans le brocoli, la quercétine dans les agrumes et le sarrasin

L'influence de l'alimentation sur l'épigénome in utero a été documentée par la célèbre expérience sur des souris de laboratoire "agouti", caractérisées par une couleur de pelage jaune et une prédisposition à l'obésité, au diabète et au cancer.

La couleur jaune du pelage de ces souris est une sorte d'indicateur d'une méthylation insuffisante des gènes.

Dans l'expérience, des souris "agouti" enceintes ont été nourries avec des aliments à haute teneur en donneurs de méthyle, entre autres. acide folique et choline.

À la surprise des scientifiques, la progéniture de ces souris ne ressemblait pas à leurs parents. Le premier trait notable a été le changement de couleur du pelage en brun, mais le plus surprenant est que les souris ont perdu leur prédisposition aux maladies dont souffraient leurs parents.

Il s'est avéré que c'était la conséquence d'un régime alimentaire modifié et de la restauration d'une bonne méthylation de l'ADN.

Ces observations confirment le fait que l'épigénome peut être altéré par l'alimentation et peut avoir des conséquences importantes sur la santé.

Dans le dernierau fil des années, un rôle important du microbiote intestinal dans le processus de modification épigénétique a également été démontré.

Les micro-organismes intestinaux produisent diverses substances bioactives, par exemple des acides gras à chaîne courte, et leur quantité dépend de la composition spécifique du microbiote et de la qualité de l'alimentation.

Un apport élevé en produits prébiotiques dans l'alimentation, tels que les fibres alimentaires solubles, par exemple l'amidon résistant, augmente la concentration d'acides gras à chaîne courte, qui affectent positivement l'épigénome des cellules épithéliales intestinales.

Épigénétique - Polymorphismes du gène MTHFR

L'efficacité des modifications épigénétiques peut également être influencée par des polymorphismes génétiques, c'est-à-dire de petits changements dans le génome, dont la conséquence est la présence de différentes variantes génétiques dans la population humaine.

L'une des conséquences des polymorphismes génétiques est, entre autres. la réponse de chacun aux nutriments est différente.

On estime que 15 à 30 % des personnes peuvent avoir un besoin accru de donneurs de méthyle (en particulier d'acide folique) en raison de polymorphismes défavorables du gène MTHFR, qui code pour l'enzyme méthylènetétrahydrofolate réductase.

Cette enzyme est responsable de la conversion de l'acide folique en sa forme active.

Les personnes présentant une variante défavorable du polymorphisme du gène MTHFR ont une conversion altérée de la forme inactive de l'acide folique en sa forme active 5-méthyltétrahydrofolate (5-MTHF), d'où un besoin accru de donneurs de méthyle.

Et bien que les études n'aient pas confirmé sans équivoque que ces personnes peuvent avoir une méthylation réduite des brins d'ADN, dans leur cas, il convient de prêter attention à un apport adéquat dans l'alimentation ou à une supplémentation supplémentaire en donneurs de méthyle, tels que l'acide folique ou la choline .

Épigénétique - stress

Excès d'hormones de stress, incl. le cortisol peut affecter les modifications épigénétiques du système nerveux et augmenter le risque de troubles psychiatriques.

Il a été documenté que les personnes souffrant de troubles anxieux, de trouble de stress post-traumatique, de trouble de stress post-traumatique et de dépression ont un profil de modification épigénétique caractéristique (principalement une diminution de la méthylation de l'ADN).

On pense qu'ils développent un tel épigénome à la suite d'expériences traumatisantes de l'enfance et / ou de situations de stress chroniques.

Ce profil épigénétique se maintient en eux tout au long de leur vie et se transmet probablement aux enfants et petits-enfants (hérédité extragénique).

Épigénétique - impact sur la santé

Les erreurs lors des modifications épigénétiques, telles que le silence de l'expression d'un mauvais gène, peuvent avoir de graves conséquences sur le fonctionnement del'organisme, par exemple causer le cancer.

De plus, de plus en plus d'études indiquent que les modifications épigénétiques, en plus de participer aux processus physiologiques, peuvent participer au développement de maladies telles que :

  • autisme
  • schizophrénie
  • dépression
  • maladies cardiovasculaires
  • maladies neurodégénératives
  • maladies auto-immunes
  • allergies

La relation entre les modifications épigénétiques, l'alimentation et le risque de certaines maladies est particulièrement recherchée

Il a été démontré que des modifications épigénétiques importantes se produisent in utero, ce qui peut avoir des implications à l'âge adulte

Par conséquent, ce que la mère mange pendant la grossesse peut augmenter le risque de certaines maladies et même affecter la génération suivante.

Il a été prouvé que les enfants de mères qui étaient enceintes pendant l'hiver de la faim aux Pays-Bas de 1944-1945 avaient un risque accru de maladies cardiovasculaires, d'obésité et de schizophrénie par rapport aux enfants de mères qui ne mouraient pas de faim.

Chez les enfants de mères souffrant de la faim, on a trouvé, entre autres, réduction de la méthylation du gène codant pour le facteur de croissance analogue à l'insuline 2 (IGF2).

Bon à savoir

Les progrès de l'épigénétique font actuellement l'objet d'intenses recherches en sciences nutritionnelles. Il existe même une nouvelle discipline traitant de l'influence des nutriments sur l'expression des gènes, à savoirnutrigénomique

A propos de l'auteurKarolina Karabin, MD, PhD, biologiste moléculaire, diagnosticienne de laboratoire, Cambridge Diagnostics PolskaBiologiste de profession, spécialisé en microbiologie et diagnosticien de laboratoire avec plus de 10 ans d'expérience en laboratoire. Diplômé du Collège de médecine moléculaire et membre de la Société polonaise de génétique humaine, responsable des bourses de recherche au Laboratoire de diagnostic moléculaire du Département d'hématologie, d'oncologie et des maladies internes de l'Université de médecine de Varsovie. Elle a défendu le titre de docteur en sciences médicales dans le domaine de la biologie médicale à la 1ère Faculté de médecine de l'Université de médecine de Varsovie. Auteur de nombreux ouvrages scientifiques et de vulgarisation scientifique dans le domaine du diagnostic de laboratoire, de la biologie moléculaire et de la nutrition. Au quotidien, en tant que spécialiste dans le domaine du diagnostic de laboratoire, il dirige le département de contenu de Cambridge Diagnostics Polska et coopère avec une équipe de nutritionnistes à la CD Dietary Clinic. Il partage ses connaissances pratiques sur le diagnostic et la thérapie diététique des maladies avec des spécialistes lors de conférences, de sessions de formation, de magazines et de sites Web. Elle s'intéresse particulièrement à l'influence du mode de vie moderne sur les processus moléculaires du corps.

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Maladies génétiques