Un aperçu de l’épigénétique

Genetics

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Summary

Depuis les débuts de la recherche génétique, les scientifiques ont remarqué certaines différences phénotypiques héréditaires qui ne sont pas dues à des différences dans la séquence des nucléotides de l’ADN. Données actuelles suggèrent que ces phénomènes « épigénétiques » pourraient être contrôlées par un certain nombre de mécanismes, y compris la modification de l’ADN cytosine bases avec des groupes méthyles, l’ajout de divers groupes chimiques d’histones, et le recrutement de protéines facteurs à des sites spécifiques de l’ADN via des interactions avec les ARN non-codant pour des protéines.

Dans cette vidéo, JoVE présente l’histoire des découvertes importantes en épigénétique, tels que l’inactivation de chromosome x (XCI), le phénomène où un chromosome entier est réduit au silence dans les cellules des mammifères femelles. Questions clés et méthodes dans le domaine sont examinées, y compris les techniques pour identifier les séquences d’ADN associées à différentes modifications épigénétiques. Finalement, nous discutons comment les chercheurs utilisent actuellement ces techniques afin de mieux comprendre la régulation épigénétique de la fonction du gène.

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JoVE Science Education Database. Genetics. Un aperçu de l’épigénétique. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Le domaine de l’épigénétique, dont la définition est fortement contestée, fait généralement référence à l’étude des différences héréditaires en fonction du gène qui ne peuvent être expliquées par des changements de séquence ADN. Le terme « épigénétique » a été introduite par Conrad Waddington dans les années 1950, pour expliquer comment diverses cellules types dans le corps peuvent se produire d’un ensemble de matériel génétique. Les chercheurs ont identifié de nombreux procédés considérés comme ayant une base épigénétique, mais il est encore important débat sur plusieurs principes fondamentaux du champ.

Dans cette vidéo, nous mettrons en évidence d’importantes découvertes en épigénétique, questions essentielles débattues par l’épigénétique, outils couramment utilisés pour répondre à ces questions et enfin, des recherches actuelles dans le domaine.

Tout d’abord, passons en revue plusieurs moments-clés de l’histoire de l’épigénétique.

Dans les années 1930, Hermann J. Muller a observé un phénomène appelé mosaïques dues à l’effet de position chez la drosophile. Il trouva des mouches mutantes lorgne tacheté et relié ce phénotype à la propagation variable du condensé « hétérochromatine » qui fait taire le gène responsable de la couleur des yeux. Ce serait le premier phénomène « épigénétique » identifié où il a observé un changement phénotypique sans un changement correspondant à la séquence génétique.

En 1959, Susumu Ohno observés dans les cellules de foie de rat femelle qu’une des deux chromosomes a été condensée. Deux ans plus tard, Mary Lyon émis l’hypothèse que ce chromosome x condensée est génétiquement inactivé, qu’au choix de chromosome de X d’être inactivé est aléatoire, et que cette inactivation est stablement hérités par les descendants de la cellule. Ce processus, appelé maintenant inactivation du chromosome x ou XC, provoque les filles d’être biologiques mosaïques.

En 1964, Alfred Mirsky publie le premiers travaux sur le rôle des modifications des histones dans la régulation des gènes. Les histones forment le noyau des nucléosomes, qui sont l’unité fondamentale de la chromatine dans les cellules eucaryotes. Mirsky a étudié comment la méthylation et l’acétylation des histones affecté la synthèse d’ARN, et on sait maintenant que les nombreuses modifications altèrent le « état d’activité » des régions chromosomiques voisines.

En 1975, Robin Holliday et son élève John Pugh et indépendamment des Arthur Riggs, a proposé que la méthylation du CpG dinucléotides dans l’ADN pourraient être impliqués dans stable épigénétique silencieux, par exemple pendant XCI. Adrian Bird et ses collègues a prêté plus de crédibilité à cette idée en 1985 en déterminant les groupes de sites de CpG non méthylés dans tout le génome qui furent plus tard associé à des promoteurs transcriptionnellement actifs. Il serait plus tard également découvrir des protéines régulatrices qui lient l’ADN méthylé, éventuellement réprimer la transcription.

En 1984, Davor Solter, Azim Surani et autres ont observé que la souris embryons contenant du matériel génétique uniquement maternel ou paternel — créé via des expériences de transplantation nucléaire — ne se développent pas normalement. Ce fut la découverte de l’empreinte génomique, ou expression de gènes spécifiques de parent d’origine.

Les premiers gènes imprimés ont été découverts en 1991, où seule la copie héritée de soit le père ou la mère est jamais exprimée. Un de ces gènes, H19, s’avère pour être plutôt inhabituelle — son produit final est un ARN 2,3 kilobases qui ne pas se traduit en protéines.

Plusieurs de ces « ARN long non codantes » ou lncRNAs ont été découverts tôt, y compris Xist, qui est requis pour arrêter le chromosome x pendant XCI. Données actuelles suggèrent que ces ARN peut-être servir d’échafaudages de recruter les facteurs de régulation. Aujourd'hui, les chercheurs continuent de travailler sur comment les interactions entre lncRNAs, méthylation de l’ADN et modifications d’histone régulent les processus épigénétiques.

Maintenant, passons à quelques questions posées par l’épigénétique.

Niveau le plus élémentaire, les scientifiques étudient encore activement les mécanismes par lesquels des marques épigénétiques, telles que des modifications des histones et la méthylation de l’ADN, sont créés, supprimés et interprétés. Les chercheurs continuent à caractériser les enzymes qui mener ces activités, ainsi que la façon dont les marques interagissent avec la machinerie de transcription d’activer ou de réprimer l’expression des gènes.

Une question plus profonde qui se pose est de savoir si il existe un « code épigénétique », analogue à la bien défini « code génétique », qui dicte comment l’information dans l’ADN est traduite en séquence protéique. Les chercheurs tentent de déterminer si la combinaison des marques épigénétiques constituent un code de même prédictif qui un jour rendra possible de déduire le modèle d’expression de chaque gène.

Récemment, les scientifiques ont été intéressés par le rôle biologique de lncRNAs. Alors qu’un modèle qui prévaut est que lncRNAs aider à recruter des facteurs épigénétiques aux endroits précis de génomiques, leurs mécanismes exacts, et si tous les lncRNAs fonctionnent de manière similaire, sont encore à l’étude.

Enfin, parce que les marques épigénétiques sont chimiques « modules complémentaires » qui ne sont pas répliquées simplement ainsi que de l’ADN, scientifiques cherchent toujours à apprendre comment les marques continuent à travers les générations cellulaires. Encore plus controversée est l’héritage trans-générationnel potentielle de certains processus épigénétiques. Parce qu’il est constaté que les marques épigénétiques sont considérablement effacées ou « reprogrammés » au début de l’embryogenèse et encore une fois au cours de la formation des gamètes, comment et si ces phénomènes transgénérationnels produisent réellement reste âprement débattue.

Nous allons maintenant étudier certains outils utilisés dans l’étude de l’épigénétique.

Méthylation de l’ADN est plus souvent détectée par analyse de bisulfite, un processus visant à changer les résidus non méthylé cytosine en uracile, qui sont ensuite détectés comme thymine dans les réactions de séquençage. En comparant les séquences avant et après traitement de bisulfite permet aux chercheurs d’identifier les emplacements de l’ADN méthylé. Une autre méthode pour doser le statut de méthylation de l’ADN consiste à digérer l’ADN avec des enzymes de restriction méthylation-sensibles, qui ne peut couper l’ADN non méthylé.

Immunoprécipitation, ou menu déroulant techniques, sont utilisés pour identifier les séquences d’ADN ou d’ARN associées à des caractéristiques spécifiques. Immunoprécipitation de la chromatine ou puce, isole ADN lié aux facteurs protéiques particulière ou des modifications d’histone, dont les informations de séquence peuvent ensuite être analysées par PCR ou par séquençage.

En revanche, immunoprécipitation ADN méthylé ou MeDIP, est utilisé pour isoler et enrichir l’ADN méthylé. Immunoprécipitation de RNA, ou RIP et l’isolement de la chromatine par Purification d’ARN ou ChIRP, peuvent déterminer respectivement les partenaires protéiques d’un ARN non codants ou ses sites de liaison génomique.

techniques de base. Dans cette expérience, hybridation in situ fluorescence pour l’ARN Xist fut combinée avec immunofluorescence contre les modifications d’histone connus. Les marques lncRNA et histone pourraient alors être « co localisés » pour révéler les relations fonctionnelles possibles.

Vous avez regardé juste aperçu de JoVE de l’épigénétique. Dans cette vidéo, nous avons étudié l’histoire du domaine de l’épigénétique, quelques-unes des questions importantes et outils du domaine et des exemples précis de recherche épigénétique. Comme toujours, Merci pour regarder !

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