Quel est l'effet de la méthylation de l'ADN sur l'expression génique

L'épigénétique est l'étude des modifications héréditaires de l'expression des gènes ou des modifications héréditaires du phénotype d'un organisme particulier qui ne surviennent pas en raison des modifications de la séquence nucléotidique d'un gène. La régulation épigénétique de l'expression des gènes joue un rôle essentiel dans le fonctionnement des cellules car elle est impliquée dans l'expression des gènes spécifiques au tissu, l'inactivation du chromosome X et l'empreinte génomique (expression de gènes de manière spécifique au parent d'origine). De plus, les troubles de l'expression des gènes régulés par l'épigénèse sont responsables de maladies telles que le cancer. Les mécanismes impliqués dans la régulation des gènes épigénétiques sont la méthylation de l’ADN, les ARN non traduits, la structure de la chromatine et la modification. Cet article décrit l'effet de la méthylation de l'ADN sur l'expression des gènes.

Zones clés couvertes

1. Qu'est-ce que la méthylation de l'ADN?
     - Définition, distribution dans le génome, importance
2. Quel est l'effet de la méthylation de l'ADN sur l'expression génique
     - Fonction de méthylation
3. Quel est le rôle de la méthylation de l'ADN dans le fonctionnement cellulaire
     - Expression De Gènes Spécifiques Au Tissu, Inactivation Du Chromosome X, Empreinte Génomique

Mots clés: îlots CpG, méthylation de l’ADN, épigénétique, empreinte génomique, expression génique tissulaire, inactivation de X

Qu'est-ce que la méthylation de l'ADN?

La méthylation de l’ADN désigne l’addition d’un groupe méthyle (-CH₃) à la base azotée cytosine (C) par covalence au niveau des sites 5'-CpG-3 '. Un site CpG est une région de l'ADN où le nucléotide cytosine est suivi d'un nucléotide guanine le long de la direction 5 'à 3' d'un brin d'ADN linéaire. La cytosine est liée au nucléotide guanine par un groupe phosphate (p). La méthylation de l'ADN est régulée par l'ADN méthyltransférase. La cytosine non méthylée et méthylée est montrée dans Figure 1.

Figure 1: Cytosine non méthylée et méthylée

Les sites CpG non méthylés peuvent être distribués de manière aléatoire ou disposés en grappes. Les groupes de sites CpG sont appelés "îles CpG". Ces îlots CpG sont présents dans la région promotrice de nombreux gènes. Les gènes de ménage, qui sont exprimés dans la plupart des cellules, contiennent des îlots CpG non méthylés. Dans de nombreux cas, les îlots CpG méthylés provoquent la répression des gènes. Par conséquent, la méthylation de l'ADN contrôle l'expression de gènes dans différents tissus ainsi qu'à des moments spécifiques de la vie, tels que le développement embryonnaire. Tout au long de l'évolution, la méthylation de l'ADN est importante en tant que mécanisme de défense de la cellule hôte pour réduire au silence les éléments transposables répliqués, les séquences répétitives et l'ADN étranger tel que l'ADN viral..

Quel est l'effet de la méthylation de l'ADN sur l'expression génique

Le marquage épigénétique des sites CpG des génomes est unique à l'espèce. Il est stable tout au long de la vie et héritable. De nombreux sites CpG sont méthylés dans le génome humain. La fonction principale de la méthylation de l'ADN est de réguler l'expression génique en fonction des besoins d'une cellule particulière. Le paysage typique de la méthylation de l’ADN chez les mammifères est présenté dans Figure 2.

Figure 2: Paysage de la méthylation de l'ADN chez les mammifères

L'expression génique est initiée par la liaison de facteurs de transcription aux séquences régulatrices de gènes tels que des amplificateurs. Les modifications apportées à la structure de la chromatine par la méthylation de l'ADN limitent l'accès des facteurs de transcription aux séquences régulatrices. En outre, les sites CpG méthylés attirent les protéines du domaine de liaison au méthyl-CpG, recrutant les complexes répresseurs responsables de la modification de l'histone. Les histones sont le composant protéique de la chromatine qui modifie l'emballage de l'ADN. Cela forme des structures de la chromatine plus condensées connues sous le nom d'hétérochromatine, inhibant l'expression du gène. Au contraire, l’euchromatine est un type de structures de chromatine lâches permettant l’expression génique.

Quel est le rôle de la méthylation de l'ADN dans le fonctionnement cellulaire

En règle générale, les modèles de méthylation de l'ADN dans une cellule particulière sont très stables et spécifiques. Il est impliqué dans l'expression génique spécifique des tissus, l'inactivation du chromosome X et l'empreinte génomique..

Expression De Gènes Spécifiques Aux Tissus

Les cellules des tissus sont différenciées pour remplir une fonction spécifique dans le corps. Par conséquent, les protéines qui servent d'éléments structurels, fonctionnels et régulateurs des cellules doivent être exprimées de manière différentielle. Cette expression différentielle des protéines est obtenue par les profils différentiels de méthylation de l'ADN des gènes dans chaque type de tissus. Comme les gènes du génome de chaque type de cellules d'un organisme sont identiques, les gènes qu'il n'est pas nécessaire d'exprimer dans un tissu contiennent des îlots CpG méthylés dans leurs séquences régulatrices. Cependant, les modèles de méthylation de l'ADN au cours du développement embryonnaire diffèrent de ceux du stade adulte. Dans les cellules cancéreuses, le schéma régulier de méthylation de l'ADN diffère de celui d'une cellule normale de ce tissu. Les modèles de méthylation de l’ADN dans les cellules normales et cancéreuses sont présentés dans figure 3.

Figure 3: Profils de méthylation de l'ADN dans les cellules normales et cancéreuses

Inactivation du chromosome X

Les femelles ont deux chromosomes X tandis que les mâles ont un chromosome X et un chromosome Y dans leur génome. Un des chromosomes X provenant de femelles doit être inactivé pendant le développement. Ceci est accompli par méthylation de novo. L'inactivation du chromosome X le maintient au stade silencieux en formant de l'hétérochromatine. L'inactivation de l'X empêche l'expression de produits géniques liés au chromosome X deux fois plus que chez l'homme. Chez les mammifères placentaires, le choix d'inactiver le chromosome X est aléatoire. Cependant, lorsqu'il est inactivé, il reste silencieux tout au long de la vie. Cependant, chez les marsupiaux, le chromosome X d'origine paternelle est inactivé exclusivement.

Empreinte génomique

L'empreinte génomique fait référence à l'expression sélective de gènes en fonction de l'origine du chromosome parental. À titre d’exemple, la copie paternelle du facteur de croissance analogue à l’insuline 2 (IGF2) le gène est actif tant que la copie maternelle est inactive. Cependant, le contraire est vrai pour le H19 gène, qui est étroitement situé sur la IGF2 gène dans le même chromosome. Environ 80 gènes du génome humain sont imprimés. La méthylation de l'ADN est responsable de l'inactivation d'une copie parentale d'un gène particulier.

Conclusion

La régulation de l'expression des gènes par les modifications épigénétiques des gènes est une caractéristique stable et héréditaire de nombreux génomes. L'un des mécanismes clés de la régulation des gènes épigénétiques est la méthylation de l'ADN. La méthylation de l'ADN est l'addition permanente d'un groupe méthyle à un résidu cytosine dans un site CpG. Des îlots CpG méthylés proches des séquences régulatrices de gènes répriment la transcription de ces gènes particuliers. Par conséquent, ces gènes restent silencieux. Le silence des gènes par la méthylation de l'ADN est important dans l'expression génique spécifique au tissu, l'inactivation de l'X et l'empreinte génomique..

Référence:

1. Lim, Derek H K et Eamonn R Maher. «Méthylation de l'ADN: une forme de contrôle épigénétique de l'expression des gènes.» Obstétricien et gynécologue, Blackwell Publishing Ltd, 24 janvier 2011, disponible ici..
2. Razin, A et H Cedar. “Méthylation de l'ADN et expression des gènes.” Revues microbiologiques., Bibliothèque nationale de médecine des États-Unis, septembre 1991, disponible ici..

Courtoisie d'image:

1. “Méthylation de l'ADN” Par Mariuswalter - Propre travail (CC BY-SA 4.0) via Commons Wikimedia
2. «DNAme landscape» de Mariuswalter - Travail personnel (CC BY-SA 4.0) via Commons Wikimedia
3. “Méthylation de l'ADN dans une cellule normale ou dans une cellule cancéreuse” Par Ssridhar17 - Propre travail (CC BY-SA 4.0) via Commons Wikimedia