L'alimentation peut-elle changer nos gènes? Les traumatismes de notre enfance peuvent-ils affecter nos enfants et nos petits-enfants? Les réponses à ces questions peuvent être apportées par l'épigénétique, c'est-à-dire la science qui étudie ce qu'on appelle modifications épigénétiques. Actuellement, les modifications épigénétiques sont considérées comme l'une des découvertes les plus importantes en biologie moléculaire, car elles ont permis de comprendre la relation entre le fond génétique et les facteurs environnementaux.
Table des matières:
- Épigénétique - que sont les modifications épigénétiques?
- Épigénétique - types de modifications épigénétiques
- Épigénétique - le rôle des modifications épigénétiques
- Épigénétique - régime
- Épigénétique - polymorphismes du gène MTHFR
- Épigénétique - stress
- Épigénétique - impact sur la santé
L'épigénétique est une branche de la science qui étudie les changements dans l'expression génique qui ne sont pas dus à des modifications de séquence dans le brin d'ADN. De telles modifications sont appelées modifications épigénétiques et constituent un type de marqueurs moléculaires qui sont ajoutés aux brins d'ADN par des enzymes appropriées, par exemple les méthyltransférases.
À l'aide de modifications épigénétiques, le corps peut contrôler le cours de nombreux processus biologiques clés, tels que le développement de tissus et d'organes spécifiques dans l'utérus.
Le terme «épigénétique» a été utilisé pour la première fois par Waddington en 1942. Le préfixe «epi-» vient du mot grec «ci-dessus», qui se traduit vaguement par 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 pendant la modification épigénétique peuvent décider si un gène est exprimé ou non, agissant comme des «commutateurs» et des «commutateurs» moléculaires qui régulent l'expression de gènes particuliers.
Plus important encore, ces types de modifications ne changent pas la structure du brin d'ADN, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas un type de mutation génétique irréversible, mais 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 s'appelle l'épigénome.
La modification épigénétique la plus connue est la méthylation de l'ADN, qui consiste à attacher un groupe méthyle à la cytosine (un composé basique qui fait partie de l'ADN).
À son tour, la modification épigénétique inverse de la méthylation est la déméthylation, qui consiste à éliminer le groupe méthyle de la cytosine.
Épigénétique - types de modifications épigénétiques
Les modifications épigénétiques peuvent affecter directement les brins d'ADN:
- Méthylation de l'ADN, c'est-à-dire l'attachement de groupes méthyle à la cytosine au moyen d'ADN méthyltransférases
- Déméthylation de l'ADN, c'est-à-dire l'élimination des groupes méthyle de la cytosine au moyen d'ADN déméthylases
- De plus, des modifications épigénétiques sont apportées aux protéines sur lesquelles aucun ADN n'est enroulé, c'est-à-dire les histones:
- méthylation des résidus lysine et arginine d'histones avec des histones méthyltransférases
- déméthylation des résidus lysine et arginine des histones avec les histones déméthylases
- acétylation des résidus d'histone lysine avec les histones acétyltransférases
- désacétylation des résidus d'histone lysine par l'histone désacétylase
- phosphorylation des résidus d'histone sérine par des kinases
- ubiquitination des résidus d'histone lysine en attachant la protéine ubiquitine aux histones à l'aide des enzymes E1, E2 et E3
- ribosylation de résidus d'histone glutamine et d'arginine impliquant la fixation de nucléotides ADP-ribose avec l'utilisation de polymérase et de transférase
La modification épigénétique atypique est la 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 génique en bloquant la formation de protéines.
Épigénétique - le rôle des modifications épigénétiques
- expression génique améliorée
- faire taire l'expression des gènes
- contrôle de la différenciation cellulaire dans le corps
- développement embryonnaire
- la régulation du degré de condensation de la chromatine, par exemple l'inactivation du chromosome X, grâce à laquelle, chez la femme, une seule copie des gènes liés au sexe est active.
Les abeilles sont un exemple intéressant du rôle de la modification épigénétique dans le développement animal. 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.
Même ainsi, une ruche est habitée par des insectes qui ont une apparence et un comportement différents. Les ouvriers sont plus petits que la reine et ont un tempérament doux, tandis que les soldats sont plus gros et agressifs.
Ces différences sont causées par des modifications épigénétiques qui déterminent l'apparence et le comportement des abeilles adaptés au rôle qu'elles jouent dans la communauté des ruches.
Un mécanisme similaire est observé au cours du développement fœtal des animaux, lorsque la désactivation 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 cérébrale ou d'une cellule épithéliale gastrique.
Épigénétique - régime
Des modifications épigénétiques se produisent déjà pendant 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 influençant la forme de l'épigénome est la nourriture et ses substances bioactives.
L'influence du régime alimentaire sur les modifications épigénétiques a été confirmée dans de nombreuses études précliniques et cliniques.
Il existe au moins deux mécanismes par lesquels l'alimentation peut influencer 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, notamment la méthionine, la choline et son dérivé bétaïne, l'acide folique et les vitamines B2, B6 et B12. Par conséquent, la disponibilité réduite de ces composés peut entraîner une diminution de la synthèse de SAM et une perturbation du processus de méthylation
- en modulant l'activité des enzymes liées au processus de méthylation (ex: DNMT méthyltransférase) par la consommation de polyphénols contenus dans les fruits, légumes et 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 du régime alimentaire sur l'épigénome in utero a été documentée par la célèbre expérience sur des souris de laboratoire «agouti», qui se caractérisent par une robe jaune et une prédisposition à l'obésité, au diabète et au cancer.
La couleur jaune de la fourrure de ces souris est une sorte d'indicateur d'une méthylation insuffisante du gène.
Dans l'expérience, des souris "agouti" gravides ont été nourries avec de la nourriture 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 était le changement de couleur du pelage en brun, mais le plus surprenant était que les souris perdaient leur prédisposition aux maladies dont souffraient leurs parents.
Il s'est avéré que c'était une conséquence d'un régime modifié et de la restauration de la méthylation normale de l'ADN.
Ces observations confirment le fait que l'épigénome peut être modifié par le régime alimentaire et peut avoir des conséquences graves sur la santé.
Ces dernières années, un rôle important du microbiote intestinal dans le processus de modification épigénétique a également été démontré.
Les microorganismes intestinaux produisent diverses substances bioactives, par exemple des acides gras à chaîne courte, et leur quantité dépend de la composition en espèces 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 divers variants géniques dans la population humaine.
L'une des conséquences des polymorphismes génétiques est, entre autres. la réponse différente de chacun aux nutriments.
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 ayant une variante défavorable du polymorphisme du gène MTHFR ont altéré la conversion 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 la recherche n'ait pas clairement confirmé que ces personnes peuvent avoir réduit la méthylation 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, entre autres 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 réduction de la méthylation de l'ADN).
On pense qu'un tel épigénome est façonné par des expériences traumatiques de l'enfance et / ou des situations de stress chroniques.
Ce profil épigénétique est maintenu tout au long de leur vie et est probablement transmis aux enfants et petits-enfants (appelé héritage extra-génique).
Épigénétique - impact sur la santé
Des erreurs lors de modifications épigénétiques, telles que la désactivation de l'expression du mauvais gène, peuvent avoir des conséquences graves sur le fonctionnement de l'organisme, par exemple provoquer un 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
- les allergies
En particulier, la relation entre les modifications épigénétiques, le régime alimentaire et le risque de maladies spécifiques est 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 enceintes pendant l'hiver de la faim aux Pays-Bas en 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 affamées, il a été trouvé méthylation réduite du gène codant pour le facteur de croissance analogue à l'insuline 2 (IGF2).
Bon à savoirLes progrès de l'épigénétique font actuellement l'objet d'intenses recherches en sciences de la nutrition. Il existe même une nouvelle discipline traitant de l'influence des nutriments sur l'expression des gènes, c'est-à-dire la nutrigénomique.
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