Des phénotypes associés à des changements d'expression des gènes suite à des modifications épigénétiques
A titre introductif, 2 textes de référence
Analyse par Jean-Claude Hervé (Ex IA-IPR de l'Académie deVersailles)
1 - Phénotype cellulaire et épigénétique : exemple du gène de l'insuline
Principe de la démarche
Avec cet exemple, on aborde le problème de la différenciation cellulaire : comment expliquer que l’insuline soit uniquement synthétisée par les cellules bêta des îlots pancréatiques ?
Le principe de la démarche suivie est le suivant :
- Comparaison de la séquence codante du gène de l’insuline présent dans les cellules bêta avec le gène présent dans les autres types cellulaires. : aucune différence.
- Comparaison de la séquence régulatrice du gène de l’insuline dans les cellules bêta et dans les autres types cellulaires : aucune différence.
- Bien que la séquence codante et la séquence régulatrice du gène de l’insuline soient les mêmes dans toutes les cellules, le gène de l’insuline est transcrit uniquement dans les cellules bêta. Comment expliquer cette expression différentielle ?
- Introduction de la notion de marque épigénétique et plus précisément de méthylation des sites CpG de l’ADN. Recherche des sites de méthylation de la séquence régulatrice du gène de l’insuline.
- Analyse de données expérimentales sur la méthylation de la séquence régulatrice du gène de l’insuline dans les divers types cellulaires chez l’Homme et la Souris. Idée que la différence d’expression du gène de l’insuline dans les cellules bêta par rapport aux autres cellules de l’organisme est due aux différences de méthylation de la séquence régulatrice.
- Test de cette hypothèse par une expérience de transgenèse avec gène rapporteur.
- L’hérédité mitotique des marques épigénétiques.
- Perte de la méthylation au cours de la différenciation in vitro de cellules souches embryonnaires en cellules sécrétrices de l’insuline.
Documents et exploitation pédagogique
2 - Le diabète de type 2 et les modifications épigénétiques de PDX1
Principe de la démarche
PDX1 est un gène qui code pour un facteur de transcription qui stimule l'expression du gène de l'insuline (Cf. Des phénotypes associés à la régulation de l’expression des gènes).
Les chercheurs ont voulu voir si des anomalies dans la séquence ou l'expression du gène PDX1 dans les cellules bêta des diabétiques de type 2 pouvaient expliquer la déficience de la production d'insuline chez ces personnes.
La démarche est la suivante :
- A partir d'îlots de cellules bêta du pancréas de diabétiques et de non diabétiques, ils ont isolé le gène PDX1 et comparé les séquences codantes et régulatrices de ce gène : aucune différence.
- Comparaison de l'expression du gène PDX1 dans les cellules de ces îlots maintenues en culture. Résultat : expression nettement plus faible dans les îlots diabétiques par rapport aux non diabétiques. Cette différence d'expression a pu contribuer au déficit de la production d'insuline chez les diabétiques de type 2.
- Recherche de la cause de cette différence d'expression : comparaison de la méthylation de la zonez régulatrice du gène PDX1 chez les diabétiques et les non diabétiques. Résultat : une plus forte méthylation chez les diabétiques, donc un impact négatif sur l'expression du gène PDX1 chez eux.
- Expérience transgenèse avec gène rapporteur confirmant que la méthylation de PDX1 a bien un effet négatif sur son expression.
Documents et exploitation pédagogique
3 - Des phénotypes différents pour un même génotype dus à une variabilité des marques épigénétiques : exemple de l'allèle Avy du gène agouti chez la Souris
Principe de la démarche
Il faut avoir envisagé au préalable les données « Une différence phénotypique associée à une différence d’expression d’un gène » qui permettent d’établir les caractéristiques de l’expression de l’allèle Avy chez la Souris.
Le plan de la démarche suivie est le suivant :
- Analyse des divers phénotypes présentés par des souris ayant le même génotype Avy//a.
- Liaison entre ces différences phénotypiques et divers degrés d’expression de l’allèle Avy.
- Comparaison de l’état de méthylation de la séquence régulatrice de l’allèle Avy chez des souris aux phénotypes différents.
- Explication de ces phénotypes différents.
4 - Influence de l'environnement sur l'expression d'un gène : effet de l'alimentation durant la vie foetale sur l'expression de l'allèle Avy chez la Souris
Principe de la démarche
Pour étudier l'influence éventuelle de l'environnement sur l'expression d'un gène, les chercheurs ont travaillé sur les phénotypes du pelage de souris de génotype Avy//A s'appuyant sur le fait de la variabilité de l'expression de cet allèle. Ils ont comparé les phénotypes de 2 lots de ces souris, le premier dont les mères ont été nourries pendant la gestation avec un repas standard, le second avec un repas enrichi en nutriments donneurs potentiels de radicaux méthyl, et donc susceptibles de favoriser la méthylation.
La comparaison des résultats obtenus révèle que l'alimentation pendant la gestation a eu un impact statistique sur la couleur des pelages des descendants Avy//A.