Jean-baptiste_lamarck2[1]

Héréditaire et génétique sont souvent considérés comme synonymes. Mais ce n'est pas tout à fait le cas. C’est même de moins en moins le cas, à mesure que progresse notre connaissance des mécanismes dits épigénétiques.

Commençons par un tout petit peu de définition.

Pour un caractère observable sur un organisme, on dira
- qu'il est Génétique s'il est encodé dans le génome,
- qu'il est Héréditaire s'il est transmis d'ascendant à descendant.

Voyons dans quels cas de l'héréditaire peut ne pas être génétique, et inversement...

Pour l'inversement (du génétique non héritable), ça devrait aller assez vite, commençons par là.

Génétique => Héritable ?

En règle général, ce qui est encodé dans les gènes d'une cellule est transmis à la descendance de cette cellule. Je ne vois d'ailleurs pas d'exception (pour peu que la cellule ait une descendance, évidemment). Ceci dit, ce qui est vrai au niveau d'une cellule ne l'est pas forcément au niveau d'un individu multicellulaire.

Les maladies liées à des mutations localisées sur une ou quelques cellules (typiquement, les cancers) ne sont pas transmises à la descendance, car la mutation affecte les cellules "somatique" (= du corps) et non les cellules germinales (ovules et spermatozoïdes). Est-ce à dire que le cancer n'est pas héréditaire ? oui et non. Le cancer lui-même est acquis - il provient du mutation survenue après la naissance - mais la sensibilité au cancer peut être héréditaire : certains variations génétiques nous rendent plus susceptibles de contracter la maladie. Seul le risque est héréditaire.

Des mutations génétiques non transmissibles peuvent s'observer dans un autre domaine, l'immunité adaptative (aussi appelée immunité acquise), .

L'immunité adaptative est portée par différentes cellules, dont un type particulier est appelées lymphocytes T (T pour Tueur, attention, ça ne rigole plus). Lors de leur maturation, ces cellules subissent des transformations de leur ADN : des bouts sont supprimés, d'autres recollés alors qu'il ne se touchaient pas au départ... Cette cuisine interne ne touche pas tout le génome (sinon, ça pourrait produire n'importe quoi, absolument n'importe quoi), mais quelques parties seulement. Le résultat est que pratiquement chacun des lymphocyte T produit dans notre moelle osseuse a une forme unique d'un ensemble de gènes.

Cet ensemble de gènes est celui qui produit les récepteurs qui se lient de façon spécifique aux antigènes. Ces antigènes sont exprimés par les cellules infectées par des virus (ou atteintes du cancer). La création de récepteurs répondant à de très nombreuses molécules permet de faire face à toutes sortes d'agresssions, y-compris celles qu’aucun de nos ancêtre n'a jamais rencontrées.

Et la descendance dans tout ça ? Tant que le lymphocyte T ne croise pas de cellule correspondant à son récepteur, il se promène dans notre organisme sans se multiplier. Mais dès qu'il se lie à une cellule qui présente la bonne molécule à sa surface (exposée par un virus par exemple), il prolifère par clonage. Toute sa descendance hérite de son affinité avec la molécule du virus. L'attaque des clones est déclenchée.

Par contre, la lignée de lymphocyte T reste interne à l'organisme : elle n'est pas transmise à la descendance.

Nous avons donc au moins deux phénomènes de mutation génétique (pathogène pour le cancer, non pathogène pour le lymphocyte) qui prolifèrent dans un organisme sans être transmis à la descendance de cet organisme. Mais ces cas ne se présentent que dans les organismes multicellulaires.

Héritable => Génétique ?

Pendant des décennies, le dogme était "si c'est héritable, c'est génétique". Logique, puisque le concept de gène a été inventé pour désigner la façon dont nous transmettons des caractères à notre descendance. Sauf que depuis la découverte de l'ADN et de l'encodage génétique, le gène est passé du conceptuel au matériel. Un gène, ce n'est plus "le truc qu'on transmet (et qui doit bien être encodé quelque part)", c'est "le bout d''ADN qui encode (et qu'on transmet)". Si on en reste à la premier définition, héritable = génétique est une évidence (c'est la définition). Mais si on prend la notion actuelle de gène, ça marche beaucoup moins bien.

Méfions-nous du concept d'héritabilité

Il nous faut ici une définition un peu plus stricte du terme héritable. On considèrera désormais comme héritable un caractère qui est transmis à la descendance lors de la procréation. Si je transmets à mes enfants mon goût pour la science, il y a de très forte chance que ce ne soit pas un problème de génétique, mais un problème d'éducation - j'essaie de leur transmettre mon goût pour la science aujourd'hui, quelques années après leur conception. Nous ne qualifierons alors pas le goût pour la science d'héritable.

De la même façon, tous les enfants naissent avec la capacité d'apprendre toutes les langues humaines. Un nourrisson chinois est parfaitement capable de faire la différence en notre R et notre son L. Mais n'étant pas exposé à ces deux sons, il n'entraîne pas cette capacité de discrimination et finit par la perdre (j'ai pris les nourrissons chinois pour ne vexer personne, mais pensez à notre impuissance face au "th" anglais - qui n'est pas un "z").

Dans le cas d'un goût ou d'une langue maternelle, on se dit que c'est plus culturel que génétique, et il est assez facile de voir la différence. Mais dans d'autres cas c'est beaucoup plus compliqués : la forme et la performance de nos intestins, par exemple, sont grandement influencées par notre flore intestinale. Si on ne regarde que le phénotype (= le caractère tel que l'on peut l'observer), il y a bien une grande part d'héritabilité. Mais si on regarde le mode de transmission, on se rend compte que la flore intestinale (qui conditionne fortement le phénotype) n'est pas transmise lors de la conception, mais lors de la naissance et ensuite par les contacts entre mère et enfant. Les bactéries présentes chez la mère "contaminent" le bébé - contamination parfaitement bénéfique, voire vitale pour l'enfant. Il y a bien transmission de la mère à l'enfant, mais pas héritabilité au sens strict.

Hériter d'un caractère non génétique

Connait-on des cas d'héritabilité stricte (un caractère transmis lors de la conception, par les cellules germinales) et qui ne soient pas génétiques ? Oui, un peu. Un peu seulement, car cette possibilité n'est réellement explorée que depuis très peu de temps (une grosse dizaine d'années). Un peu seulement car c'est assez difficile à observer : il faut trouver les gènes qui causent le phénotype, et trouver des exemples d'organismes n'ayant aucune différence génétique sur ces gènes mais des différences observables - et ensuite, il faut trouver une explication au phénomène.

Heureusement, aujourd'hui, l'explication existe.

Rappelons ici qu'un gène n'est pas toujours exprimé. Vos cellules cérébrales disposent de tous les gènes nécessaires pour fabriquer de l'hémoglobine. Mais elles ne s'en servent pas. Cela est lié au mécanismes de différenciation cellulaires, qui apportent des modification épigénétiques au génomes.

Epigénétique, c'est à dire qui n'affectent pas les séquences d'ADN. L'ordre des lettres est bien conservé. Mais alors qu'est-ce qui change ?

(début de la partie un peu technique)

1) Le compactage

Dans deux cellules différentes, l'ADN n'est pas plié de le même façon, rendant certains gènes pratiquement impossible à lire, tandis que d'autres sont directement accessible. Ce repliement est gouverné par des protéines (les histones) autour desquelles l'ADN s'enroule. Il existe plusieurs formes d'histones, et tous en sont pas présentes dans toutes les cellules, ou à toutes les étapes du développement, modifiant ainsi la portion accessible de l'ADN.

Les histones sont transmis lors de la division cellulaire : une cellule fille a généralement les mêmes histones que sa cellule mère. Mais dans un organisme multicellulaire, seules les histones des cellules germinales (ovules et spermatozoïdes) est transmis à la descendance.

A noter tout de même : les histones sont des protéines, produites par les cellules, en fonction du code génétique : si vous n'avez pas hérités de tous les histones de vos parents, vous avez hérité de tous les gènes permettant de produire tous les histones.

2) CH3

CH3, un carbone et 3 hydrogènes, c'est la formule du méthyle. Le méthyle est un groupe chimique qui n'existe généralement pas à l'état de molécule individuelle (pas de méthyle tout seul), mais qui peut se lier à une molécule existante. Et notamment à la (très grosse) molécule qu'est l'ADN. Il y a même des enzymes spécialisés qui ajoutent ou enlèvent des groupes méthyles aux lettres qui composent le code génétique (A, T, C, G, mais ici surtout A et C). Et ça, ça change tout. Un bout de code génétique méthylé n'est plus du tout lu de la même façon que le même bout sans méthyle. Le groupe méthyle peut se fixer directement sur une portion qui code pour une protéine (généralement, si on en a un peu mais pas trop, ça favoriser l'expression de ce gène). Il peut aussi se fixer un peu avant, dans la partie dite non codante (le précurseur du gène), et inhiber la lecture de la partie codante (le gène à proprement parler).

Et si les histones sont surtout modifiés lors de la spécialisation de la cellule, la méthylation est beaucoup plus variable. C'est l'un des mécanismes par lesquels les cellules d'adaptent en permanence à leur environnement. Je parle bien ici de l'environnement des cellules, qui peut être l'intérieur d'un organisme multicellulaire. Cet environnement inclut des protéines spécialisées, telles que les facteurs de transcription (ce sont les protéines qui induisent l'expression d'une partie spécifique du génome, par exemple en se fixant sur le précurseurs d'un gène), les agents agresseurs (radicaux libres oxydants générés lors de la production d'énergie par exemple), les nutriments disponibles, mais aussi les contraintes physiques que supporte la cellule (pression, température, acidité…).

Bref, la méthylation (comme la dé-méthylation) fait partie du fonctionnement normal d'une cellule et se modifie au cours de sa vie, permettant d'encoder de l'information "contextuelle".

(fin de la partie un peu technique).

Transmission à la descendance

Ce qui est plus surprenant, c'est que l'information contextuelle stockée dans le méthylome (c'est ainsi que certains scientifiques appellent l'ensemble des méthylations présente sur le génome, inventer des mots en -ome est très à la mode en ce moment) est en partie répliquée dans les cellules filles. Il y a même une grosse artillerie, des enzymes spécifiques, dont le seul rôle semble être de recopier la méthylation sur les nouveaux brins d'ADN lors de la division cellulaire. Donc des informations non génétiques sont transmises à la descendance des cellules. Et même à la descendance des individus, notamment de la mère à l'enfant.

Un exemple emblématique : la linaire commune (Linaria Vulgaris) est une plante produisant des fleurs jaunes et blanches ayant une forme assez particulière, dotée d'une symétrie axiale (un côté droit, un côté gauche, comme une orchidée). La linaire pélorique (Linaria Peloria) est une plante en tout point semblable, sauf pour la forme des fleurs, qui est plus proche d'une fleur classique (avec un symétrie radiale comme les pâquerettes, mais pour le coup ça ne ressemble pas à grand chose). Pour tout le reste, ces deux plantes sont réellement très semblables. Jusqu'à leur génome. Qui est identique.

En fait,ce que l'on considérait jadis comme deux espèces différentes (car avec des formes différentes) n'en est qu'une, avec une différence de méthylation sur l'un des gènes impliqués dans la formation de la fleur. Cette mutation épigénétique (= pas dans le génome) est stable sur des centaines de générations - mais peut parfois être annulé dans certaines lignées, qui reviennent à la forme commune. La mutation est à la fois héréditaire et réversible.

Chez les humains, quelques études montrent des cas de transmission sur une à deux générations de caractères spécifiques associés à des stress alimentaires durant l'enfance (et particulièrement entre 8 et 10 ans). Les carences se répercutent sur la descendance par des risques accrus de diabète ou de maladies cardio-vasculaire.

Ces phénomènes ont été étudiés expérimentalement (sur des rats de laboratoires, pas sur des enfants), et on a pu identifier et suivre des mutations épigénétiques (= pas dans le code ADN, mais dans sa méthylation) directement liés aux régimes très pauvres en calories ou très pauvre en protéines.

Il y a donc bien des cas où l'héritabilité n'est pas portée par le génome. Ces cas s'étendent sur de nombreuses générations dans certaines espèces (plantes, mais aussi bactéries), et au moins sur quelques générations chez les mammifères, humains compris.

Conséquences pratiques

L'une des conséquences de ces nouvelles connaissances est que le meilleur moyen de lutter contre l'obésités des générations à venir pourrait être d'éviter les stress caloriques des générations actuelles - et donc lutter férocement contre l'anorexie précoce chez les pré-adolescents. Il faut peut-être aussi changer notre regard sur les personnes touchées par l'épidémie d'obésité - leur comportement alimentaire n'explique pas à lui seul leur poids (et parfois même, pas du tout, car certains obèses ont une alimentation saine et équilibrée).

Une autre conséquence pratique impacte la recherche génétique elle-même. Pendant de nombreuses décennies, la comparaison des jumeaux a été l'un des meilleurs moyens pour déterminer la part génétique de différents traits (maladies en général, mais aussi capacité ou comportements).Si des jumeaux séparés à la naissance avait plus de probabilité d'avoir une maladie que deux frères non jumeaux (donc avec un ADN différent), alors une partie au moins de la maladie s'explique par la génétique.

Seulement le test des jumeaux permet de prouver l'héritabilité, pas le support de l'héritabilité. Maintenant que l'on sait que "héritable" n'implique pas "génétique", il faut considérer la possibilité d'une transmission épigénétique.

Enfin, ces mécanismes permettent à nouveau d'envisager la transmission, au moins sur quelques générations, de caractères acquis. Les phénomènes épigénétiques viennent s'ajouter aux phénomènes génétiques - Lamarck, perché sur les épaules de Darwin.


Petit bonus : la symétrie des fleurs, et alors ?

Le fait pour une fleur de passer d'une symétrie axiale (deux côtés symétriques) à une symétrie radiale (identique par rotation) a-t-il un impact sur la capacité de la plante à prospérer et à se reproduire ?

Après tout, elle garde la même odeur, la même couleur, la même capacité à attirer les abeilles... en fait, non, pas la même capacité à attirer les abeilles.

Figurez-vous qu'une abeille, ça ne vois pas grand chose. Côté couleurs, c'est très limité (des variantes de gris, essentiellement). Et ce n'est pas bien net non plus. Par contre, les abeilles ont acquis la capacité de différencier une fleur d'un truc sans intérêt. Un truc sans intérêt, c'est un truc sans symétrie. Une fleur, c'est beau, c'est appétissant, car c'est symétrique.

Pour l'abeille, le plus appétissant est un fleur ayant une symétrie radiale (tournesol, chèvrefeuille, et linaire pélorique). Mais le bourdon, lui, préfère la symétrie axiale, en miroir, des digitales et des pois. Et des linaires communes.

Une simple variation épigénétique change donc totalement la relation de la plante avec son écosystème, et donc ici sa capacité à se reproduire. De là à penser qu'il peut y avoir une pression de sélection sur les différentes formes de méthylation...