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L'influence de l'environnement sur les gènes

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Objectifs
  • Comprendre que l’expression d’un gène varie au cours du développement et de certaines situations.
  • L’épigénétique a une grande influence sur la synthèse protéique.
Points clés
  • Les facteurs environnementaux vont influencer l’expression ou non de certains gènes.
  • Cette expression va dépendre du type cellulaire et des besoins de l’organisme.
Pour bien comprendre
  • Matériel génétique.
  • De l’ADN à la protéine.
  • Les différents états de compaction de l’ADN : chromatine condensée/non condensée.
1. Environnement et expression des gènes
a. Influence de l'environnement sur la régulation de l'information génétique

Chaque cellule contient l'intégralité de l'information génétique qui existait dans la cellule initiale à l'origine de l'organisme.

Pourtant, dans une cellule donnée, seulement certains gènes s'expriment. C'est leur expression qui donne à une cellule spécialisée ses caractéristiques : capacité à synthétiser une substance particulière (hormone, suc digestif, larmes, etc.) et à exercer certaines fonctions (contraction musculaire, transmission de l'influx nerveux, etc.).

L'expression de l'information génétique est variable dans le temps. Elle peut être stimulée, ralentie ou stoppée. Elle est régulée, notamment par des facteurs environnementaux. Le rayonnement solaire, par exemple, peut influencer les mécanismes impliqués dans la synthèse d'un pigment sombre, la mélanine et peut aussi provoquer un cancer de la peau. L'intolérance à un sucre du lait, le lactose, a plusieurs causes répertoriées dans la population humaine :

  • Une intolérance congénitale est due à une absence totale de lactase à la naissance : le gène gouvernant la synthèse de la lactase, enzyme hydrolysant le lactose, n'est pas fonctionnel.
  • Une intolérance temporaire peut être provoquée par une maladie ayant perturbé les fonctions digestives (maladie parfois virale).
  • Une intolérance progressive est causée par une diminution de l'activité de la lactase au cours de la vie ; ainsi certaines personnes qui digéraient bien le lait lorsqu'elles étaient enfants ne le supportent plus lorsqu'elles sont adultes.
b. Effet des allèles d'un gène et environnement

Les gènes contiennent une information codée, directement impliquée dans la synthèse de protéines, elles-mêmes responsables du phénotype. Toutefois, l'intervention d'une protéine dans la réalisation du phénotype dépend de facteurs environnementaux.

Par exemple, il est possible de modifier les effets néfastes de la drépanocytose en prenant certaines précautions : vêtements peu serrés, maintien de l'organisme à une température modérée... Parfois, l'environnement permet de corriger les effets néfastes d'une anomalie génétique : une alimentation dépourvue de l'acide aminé phénylalanine permet aux enfants atteints de phénylcétonurie d'acquérir un développement cérébral satisfaisant.

c. L’épigénétique : la méthylation des gènes

L’expression d’un gène peut être activée ou atténuée par des modifications chimiques subies par la séquence d’ADN sans la modifier :

  • modifications des histones : protéines sur lesquelles l’ADN s’enroule pour se compacter
  • méthylation des nucléotides : ajout d’un groupe méthyl (-CH3).

L’épigénétique nous informe de l’état de compaction de certains gènes. Plus le gène est compacté moins il a de chances d’être transcrit, puis traduit en protéine.

Les modifications épigénétiques sont provoquées par l’environnement. Les cellules perçoivent des signaux qui vont induire une spécialisation en fonction des besoins de l’organisme au cours du développement ou d’une situation particulière.

Les signaux sont dépendants d’une multitude de facteurs : l’alimentation, l’hygiène, la santé, le lieu, le stress et prise de toxiques. Deux vrais jumeaux possèdent le même information génétique mais peuvent présenter des différences sur des caractères acquis. On peut citer comme exemple la différence de poids, le développement de maladies comme les problèmes cardio-vasculaires ou le diabète de type II.

2. Environnement et modifications du génotype

Une relation a été établie entre le nombre de grains de beauté développés chez plusieurs centaines d'enfants de 6 à 7 ans et les habitudes familiales d'exposition solaire. Chaque grain de beauté (ou nævus) naît d'une prolifération de mélanocytes. Le nombre de grains de beauté est fonction à la fois des prédispositions génétiques d'un enfant à en développer, et de la quantité d'énergie solaire reçue.

On sait que les UV (rayons ultraviolets) provoquent des mutations. La couche d'ozone arrête les plus énergétiques (donc les plus dangereux) : les UVC et une partie des UVB. Mais la totalité des UVA parviennent à la surface de la Terre, sans être stoppés. Or, les UVA ont également des effets nocifs sur le système immunitaire et sont impliqués dans le vieillissement prématuré de la peau. Comme les UVB, ils jouent un rôle dans les processus conduisant aux cancers de la peau.

Sur l'ADN des cellules exposées in vitro à des rayons ultraviolets, les UVB provoquent une mutation du gène p53. C'est probablement une combinaison des UVA et des UVB qui rend cancéreux les mélanocytes.

L'environnement peut provoquer des mutations et l'apparition de nouveaux allèles, ce qui aura parfois des conséquences sur le phénotype.

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