Certains de nos gènes peuvent être exprimés ou inhibés selon que nous les avons hérités de notre mère ou de notre père. Le mécanisme à l’origine de ce phénomène, appelé empreinte génomique, est déterminé par les modifications de l’ADN au cours de la production d’ovules et de spermatozoïdes. Le laboratoire Burga de l#39Institut de biotechnologie moléculaire (IMBA) de l#39Académie autrichienne des sciences a découvert un nouveau processus de régulation génique, associé à la réduction au silence de gènes égoïstes, qui pourrait représenter la première étape dans l#39évolution de l#39empreinte. Leur découverte, rapportée dans Mother nature, pourrait commencer à résoudre le mystère de savoir remark et pourquoi l#39empreinte a évolué pour la première fois.
- Les gènes peuvent être exprimés ou inhibés selon qu'ils sont hérités de la mère ou du père.
- Des recherches ont révélé un nouveau processus de régulation génique associé à la réduction au silence de gènes égoïstes, considéré comme la première étape dans l'évolution de l'empreinte génomique.
- Une découverte sur les nématodes a montré que l'héritage maternel ou paternel peut influencer l'expression des gènes, expliquant comment certains gènes sont réduits au silence en fonction de leur origine parentale.
- Cette nouvelle compréhension pourrait aider à expliquer comment l'empreinte génomique a évolué pour réguler différemment l'expression des gènes provenant de chaque mum or dad.
Alejandro Burga et son laboratoire de l#39IMBA, en collaboration avec le laboratoire d#39Eyal Ben-David de l#39Université hébraïque, ont rapporté la découverte du premier effet father or mother d#39origine chez les nématodes, dans une étude publiée dans Character le 6 mars 2024..
Dans les organismes diploïdes, un ensemble de chromosomes est hérité de chaque mother or father. Cependant, tous les gènes contenus ne seront pas exprimés de la même manière au lieu de cela, certains peuvent être réduits au silence selon qu#39ils sont hérités de la mère ou du père. Ce phénomène, connu sous le nom d’empreinte génomique, dépend de la méthylation de l’ADN, un signal épigénétique effacé et réécrit à chaque génération. L’empreinte génomique est apparue indépendamment chez les mammifères et les plantes il y a in addition de 100 thousands and thousands d’années. Cependant, la façon dont ce mécanisme a évolué est jusqu’à présent restée largement un mystère. La clé pour résoudre cette énigme est de comprendre comment les effets de parent d’origine, le substrat de l’évolution de l’empreinte, ont évolué en premier lieu.
Il y a trente ans, Denise Barlow, pionnière dans l#39étude de l#39empreinte travaillant à l#39IMP, également situé au BioCenter de Vienne, a émis l#39hypothèse que l#39empreinte pourrait être liée, au cours de l#39évolution, aux mécanismes de défense du génome qui font taire les éléments parasites de l#39ADN appelés éléments génétiques égoïstes. Les éléments égoïstes et les mécanismes de défense contre eux participent à une course aux armements : chacun évolue encore pour surpasser l’autre. Bien que beaucoup de choses aient été découvertes sur la réduction au silence des éléments égoïstes au cours des trente années qui se sont écoulées depuis que Denise Barlow a postulé sa théorie, il manquait un lien direct entre les mécanismes de défense de la lignée germinale et l#39origine des effets de guardian d#39origine.
Les découvertes du laboratoire de Burga fournissent le leading exemple clair de la façon dont les effets du mum or dad d’origine peuvent provenir de la voie de défense du génome du petit ARN de l’hôte. Leurs découvertes indiquent l’origine évolutive potentielle de l’empreinte.
La curiosité ouvre la voie à une nouvelle découverte
Parfois, en science, la curiosité et l’attention portée aux détails surprenants peuvent conduire à des voies inattendues et à de nouvelles découvertes. Ce fut le cas lorsque le leading auteur, Pinelopi Pliota, étudiait les éléments génétiques égoïstes d#39un nouvel organisme modèle de nématode appelé C. tropicalis, un proche cousin du C. elegans, plus largement étudié. Pliota étudiait les éléments antitoxines-antidotes (TA), un type d#39élément égoïste qui a développé un mécanisme fascinant pour assurer son propre héritage : lorsqu#39une mère porte l#39AT, elle « empoisonne » ses œufs avec une toxine qui ne peut être contrée que par un antidote qui est également présent dans le TA », explique-t-elle, « de cette façon, tous les descendants qui n#39héritent pas du TA mourront ou connaîtront un retard de développement.
Pour générer les mères étudiées, le groupe a toujours croisé une mère C. tropicalis porteuse du TA avec un père ne le portant pas. Pinelopi m#39a demandé si nous avions déjà fait ces traversées dans l#39autre sens, explique Alejandro Burga, auteur correspondant de la publication. Sa curiosité l#39a conduit à une découverte intéressante : à notre grande surprise, ce croisement réciproque a produit des mères incapables d#39empoisonner leurs œufs. Tout d’un coup, il n’y a eu aucun effet, explique Pliota. Fascinée par ce résultat inattendu, l#39équipe a décidé d#39étudier remark le fait d#39hériter de l#39AT de la mère ou du père pouvait conduire à différents effets. Nous voulions comprendre comment cela se produit, quelle est la foundation moléculaire de cet effet de mother or father d#39origine, explique Burga.
Inhibition de l#39inhibiteur : l#39ARNm maternel autorise l#39expression de la toxine
Pour comprendre le mécanisme de l’effet father or mother d’origine observé, le groupe Burga a décidé d’étudier le principal mécanisme de défense de la lignée germinale contre les éléments génétiques égoïstes, connu sous le nom de voie piARN. Dans la voie piARN, un work coordonné de différentes petites molécules et protéines d’ARN réduit au silence l’expression d’éléments égoïstes au cours du développement de la lignée germinale afin d’assurer la stabilité du génome lors de la copy.
Le groupe, en collaboration avec le laboratoire de Julius Brennecke, également à l#39IMBA, a pu identifier les molécules et les protéines piARN impliquées dans la désactivation de l#39élément antidote toxine. Cependant, tous ces facteurs n’expliquaient pas à eux seuls les résultats spécifiques aux mom and dad d’origine qu’ils observaient. Il manquait aux chercheurs une pièce du puzzle.
Heureusement, le groupe de Burga avait un dernier tour dans son sac : nous savions, grâce à des recherches antérieures, que les vers avaient développé diverses méthodes ingénieuses pour distinguer leurs propres gènes des éléments étrangers comme un virus ou un élément égoïste. Burga dit. Nous avons réalisé que, dans ce cas, l#39élément clé manquant était l#39ARN maternel qui est chargé dans les ovules.
Ils ont prouvé que, dans l#39hérédité maternelle, le TA est accompagné de l#39ARNm de la toxine, qui est exprimé dans la lignée germinale de la mère et chargé dans l#39ovule. Le groupe de Burga a montré que cet ARNm marque le TA comme « propre », évitant ainsi son inactivation par la voie piARN. Ce processus est appelé licence épigénétique et son équilibre avec la voie piARN détermine si un gène est exprimé ou non.
En revanche, lorsque le TA est hérité du côté paternel, le manque d’ARNm maternel signifie qu’il n’y a pas de licence, ce qui entraîne une forte répression du gène de la toxine et de très faibles niveaux d’expression de la toxine. Par défaut, la voie piARN fera taire le gène de la toxine, explique Burga. À moins qu’il n’y ait un ARNm maternel qui l’autorise en réprimant la voie piARN. Cette inhibition de l’inhibiteur est à l’origine de l’activité du gène de la toxine et de l’empoisonnement des œufs.
Il est intéressant de noter que cette tendance au silence a duré plusieurs générations, ce qui signifie que l’absence de permis au cours d’une génération peut même affecter ses arrière-petites-filles. Ce n’est pas le cas de l’empreinte génomique, qui est réinitialisée à chaque génération.
Expliquer l’évolution de l’empreinte
Les résultats du groupe Burga cimentent le lien évolutif entre l’expression génique spécifique du mother or father et les mécanismes de défense de l’hôte, remontant aux organismes dépourvus de méthylation de l’ADN et d’empreinte canonique. Malgré les différences entre ces processus chez les vers et les mammifères, le groupe de Burga estime que le mécanisme décrit pourrait représenter une première étape évolutive vers des formes plus avancées de silençage héréditaire. Ces formes in addition avancées de silençage ont fini par réguler l’expression des gènes endogènes de la cellule, conduisant à l’évolution de l’empreinte génomique.
