Certaines séquences du génome provoquent l’activation ou la désactivation de gènes. Jusqu’à présent, on pensait que chacun de ces commutateurs génétiques, ou amplificateurs, avait sa propre place dans l’ADN. Différents activateurs sont donc séparés les uns des autres, même s'ils contrôlent le même gène, et l'activent dans différentes parties du corps. Une étude récente de l’Université de Bonn et du LMU Munich remet en question cette idée. Les résultats sont également importants parce que On pense que les changements génétiques jouent un rôle central dans l’évolution. L'étude a été publiée dans la revue Avancées scientifiques.
Le modèle des formes végétales et animales est codé dans leur ADN. Mais seule une petite partie du génome – environ deux pour cent chez les mammifères – contient des gènes, les instructions nécessaires à la fabrication des protéines. Le reste contrôle en grande partie quand et où ces gènes sont actifs : combien de leurs transcrits sont produits, et donc combien de protéines sont fabriquées à partir de ces transcrits.
Certaines de ces séquences régulatrices, appelées « amplificateurs », fonctionnent comme des variateurs utilisés pour moduler la lumière dans notre salon. En effet, ils augmentent spécifiquement l’expression d’un gène particulier, là et quand ce gène est requis. Les gènes contrôlant la morphologie répondent souvent à plusieurs amplificateurs indépendants, chacun déterminant l'expression du gène dans une partie différente du corps.
Contrôle des Enhancers Drosophile coloration
Jusqu’à présent, les activateurs étaient pensés comme modulaires. Le terme implique que chaque activateur occupe une étendue isolée d’ADN. « Nous avons cependant montré que ce n'est pas tout à fait vrai », explique Mariam Museridze. Elle est doctorante à l’Institut de biologie organique de Bonn dans le groupe du professeur Dr. Nicolas Gompel et premier auteur de l’étude. Gompel est également membre du domaine de recherche transdisciplinaire (TRA) « Vie et santé » de l'Université de Bonn.
Les chercheurs ont étudié comment un gène appelé jaune est régulé chez la mouche des fruits Drosophile. Ce gène amène l’insecte à produire du pigment brunâtre, la mélanine. Il existe un certain nombre d'amplificateurs qui contrôlent l'activité de jaune. L'un d'eux, par exemple, est responsable de la pigmentation des dents des asticots, tandis qu'un autre est responsable de la formation du motif rayé sur l'abdomen de la mouche.
« Nous avons examiné de plus près deux de ces amplificateurs », explique Museridze. Le premier contrôle la formation des motifs de couleur sur les ailes, tandis que le second contrôle la coloration de la tête, du thorax et de l'abdomen. Les deux sont actifs en même temps lors de la métamorphose de la mouche. L’équipe a découvert que l’amplificateur corporel n’est pas, comme prévu, situé dans une région d’ADN différente de celle de l’amplificateur d’aile. Au lieu de cela, il existe de vastes régions d'ADN qui appartiennent aux deux commutateurs génétiques, c'est-à-dire qu'elles influencent la pigmentation de l'aile et du corps.
Les résultats suggèrent que l’architecture des séquences régulatrices du génome est beaucoup plus complexe qu’on ne le pensait auparavant. Cela a des implications considérables sur la façon dont les traits changent au cours de l’évolution. Selon les connaissances actuelles, les activateurs jouent un rôle clé dans ce processus.
Les Enhancers comme terrain de jeu évolutif
En effet, de nombreuses protéines sont si importantes pour un organisme qu'une mutation de leur gène (c'est-à-dire la séquence d'ADN qui contient les instructions pour construire la protéine) entraînerait de graves problèmes, voire une mort certaine. En conséquence, les gènes qui contrôlent la forme du corps, comme le nombre d’ailes ou de pattes, changent rarement au cours de l’évolution. Les Enhancers offrent une porte de sortie de ce dilemme : lorsqu’ils mutent, l’activité du gène correspondant change, mais seulement dans un tissu précis et à un moment précis.
« Le coût de la mutation d'un activateur est donc souvent inférieur au coût de la mutation directe du gène », explique Mariam Museridze. Cela facilite l’émergence de nouveaux traits au cours de l’évolution. C'est comme faire un gâteau : si vous mélangez des œufs, de la farine, du lait et du sucre, vous pouvez obtenir des types de pâte complètement différents, selon le rapport de mélange. Dans cette métaphore, les exhausteurs seraient responsables de la quantité d’ingrédients et non du type d’ingrédients.
Une mutation génétique revient à remplacer accidentellement un ingrédient par quelque chose de complètement différent – par exemple, utiliser de la sciure de bois au lieu de la farine. Le résultat ne sera certainement pas très bon. En revanche, une mutation dans un activateur modifierait la quantité de farine. « Si les activateurs ne sont pas aussi modulaires que nous le pensions, cela signifie que leurs mutations peuvent avoir des effets beaucoup plus larges », explique Museridze. Cela signifie qu’une telle mutation pourrait affecter la quantité de plusieurs ingrédients en même temps. Cependant, il est également possible que les exhausteurs conservent leur indépendance et continuent à contrôler la quantité d’un seul ingrédient, même si leurs séquences sont entrelacées et partagées. « Nous souhaitons maintenant étudier ces possibilités plus en détail », explique le professeur Gompel. « Nous voulons également découvrir dans quelle mesure nos découvertes sont générales et comment cela affecte notre compréhension des mécanismes évolutifs. »
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