Données récentes sur l’expression aléatoire des gènes et son rôle dans la différenciation cellulaire.

 D’après un exposé d’ Andras Paldi , chercheur Généthon Evry, Prof à l’école des Hautes Études, du 10/03/04 à l’ École Normale Supérieure.
A.Paldi «Stochastic gene expression during cell differenciation: order from disorder?» Cellular and molecular Life Sciences vol 60 n°9 sept 2003 p 1775-78

Il faut tout d’abord rappeler que la notion de différenciation cellulaire est synonyme de l’allumage de certains gènes et de l’extinction d’autres.

Le modèle actuel du gène :

la partie porteuse de l’information composée d’exons et d’introns,
qui doit être traduite par l’ADN polymérase,
qui doit elle même être activée suite à la fixation d’un certains nombres de facteurs de transcription sur des zones régulatrices (enhancers et silencers) dont certaines sont très éloignées du «gène».

Ainsi par exemple actuellement on arrive à un conglomérat de 70 à 80 facteurs de transcription (pour la plupart non spécifiques)... pour arriver à une traduction spécifique d’un gène.

Par ailleurs l’ADN est emballé dans la chromatine, constituée d’histones (protéines) et dont l’unité structurelle est le nucléosome. Les histones sont phosphorylées, acétylées, méthylées, ubiquitinylées etc……

Il est absolument reconnu que la condition sine qua non de la traduction d’un gène est un changement de conformation de la chromatine qui passe de l’état d’hétérochromatine à celui d’euchromatine, sinon l’ADN n’est pas accessible à la transcription.

Mais le mécanisme de ce changement qui ne peut donc pas être lié à l’activité de lecture du gène n’est pas connu et on se retrouve devant la situation habituelle «l’oeuf avant la poule ou la poule avant l’œuf?».

Données expérimentales sur l’activation d’un couple de gènes dans lequel pour l’un c’est l’allèle maternel qui est actif et pour l’autre c’est l’allèle paternel :

(L’activation est repérée par des marqueurs fluorescents)

En dépit du fait que, moyennant des conditions adéquates, le résultat final est déterminé et constant, l’étude dynamique du processus montre que dans une population cellulaire suffisante tous les cas de figure d’activation surviennent (9) et que tout se passe comme si chacun de ces cas avait une probabilité de survenue déterminée par les conditions expérimentales (cohérence des résultats calculés avec les données d’expériences).

Ainsi il apparaît que le résultat final de la différenciation pourrait être en fait la stabilisation finale d’un processus dynamique d’une activation aléatoire (variable selon les conditions) au sein d’une population cellulaire.

En plus du passage statique/dynamique, cellule unique/population, il faut aussi évoquer l’intervention dans cette stabilisation du changement de niveau : chimique/moléculaire vers biologique/cellulaire.

Pourquoi cette stabilisation ?

Des travaux en cours lient les phénomènes d’épigenèse et donc de différenciation avec le métabolisme cellulaire et les quantités de molécules (de petite taille contrairement aux macromolécules) qu’il produit, ainsi notamment l’acétyl CoA, le NADH, l’ATP, les radicaux méthylés…… ce qui nous ramène à l’état de la chromatine et des histones !