Le généticien François Cuzin vient de mettre au jour avec sa collaboratrice Minoo Rassoulzadegan que l’ARN, proche cousin de l’ADN, transmettait également des informations de type héréditaire. Très présent dans les spermatozoïdes, l'ARN pourrait induire des facteurs pathogènes tels que le diabète ou certains cancers. Nous aurions alors la preuve que certains cancers comme celui de la thyroïde peuvent être héréditaires, et qu'une prédisposition à cette maladie serait "programmée" dès les plus élémentaires bases de la vie !
Pour comprendre la portée des travaux de François Cuzin, de sa collaboratrice et d'autres équipes de chercheurs américains, il est nécessaire de refaire un peu d'Histoire ! Revenons au XIXe siècle avec Grégor Mendel, moine autrichien. De ses observations, il mettra au point des méthodes d'analyses génétiques et élaborera des règles qui sont aujourd'hui toujours utilisées. Mendel croise deux types de petits pois qui se différencient par un caractère : l'un a la peau ridée et l'autre a la peau lisse. Il observe ensuite la peau des pois issus de ce croisement appelés “ pois de première génération ”, puis ceux obtenus à partir du croisement des pois de première génération. A chaque génération, le nombre de petits pois à la peau lisse ou à la peau ridée répond à un rapport mathématique bien précis et qui reste valable d'une expérience à l'autre.
Appliquons ses recherches à l'Homme : L'homme possède deux jeux de chromosomes : l'un maternel, l'autre paternel. Un caractère n'est donc pas commandé par un seul gène, mais par un couple de gènes homologues, dits «allèles». L'expression d'un caractère est ainsi le résultat de l'expression des couples de gènes qui se trouvent sur les deux jeux de chromosomes. Parfois les deux allèles sont ensemble responsables du phénotype. Ils s'expriment alors tous les deux. Il arrive que l'un des allèles détermine seul le caractère : il est dit «dominant». L'autre, dont on ne voit pas la manifestation, est appelé «récessif». Le caractère récessif n'apparaît que lorsque deux allèles récessifs sont présents simultanément. Un individu qui possède deux allèles identiques pour un caractère est dit «homozygote». Si les allèles sont différents, il est «hétérozygote».
Mais voilà qu'avec les souris de François Cuzin, les petits pois de Mendel n'ont qu'à bien se tenir ! En effet, dans son laboratoire, en croisant deux souris « sauvages » (c'est-à-dire marrons), François Cuzin a obtenu des souris aux pattes et à la queue blanche. Cette caractéristique se transmet ensuite à plusieurs générations, avant de s'évanouir peu à peu dans les lignées suivantes... Les deux souris initiales étant « homozygote », comment cela est-il possible ? La réponse est récente : c'est un micro ARN (acide ribonucléique, proche cousin de l'ADN) qui transmet cette information. L'ADN n'est donc pas le seul à véhiculer des informations, et surtout, l'ARN peut avoir le pas sur les autres caractéristiques héréditaires.
Reste désormais à savoir quelles caractéristiques héréditaires peut octroyer l'ARN au futur être vivant. Des équipes américaines semblent déjà avoir isolé un micro ARN responsable d'une certaine forme de diabète. Il semble aussi que d'autres ARN messagers puissent jouer dans la prédisposition aux cancers de la thyroïde. Nous aurions alors la preuve que certains cancers sont bien héréditaires, et que les spermatozoïdes, porteurs à forte dose d'ARN, pourraient apporter dans la carte génétique du futur embryon, une prédisposition plus ou moins élevée à développer un cancer. Nous serions en d'autres termes, programmés à un moment T de notre vie, à développer un cancer, suite à plusieurs facteurs déclencheurs encore mal connus.
Ces hypothèses nécessiteront encore de nombreuses années de recherches, mais elles sont un espoir pour la recherche contre le cancer et d'autres maladies handicapantes. Retrouvez dans cet Eclairage toutes les explications passionnantes en compagnie du généticien François Cuzin, membre de l'Académie des sciences. François Cuzin est généticien, membre de l'Académie des sciences dans la section Biologie moléculaire et cellulaire, génomique depuis 2000.
Cette séquence propose une présentation de la première loi de l’hérédité, énoncée par le scientifique Mendel au 19ème siècle. Après un court rappel sur les notions de génétique vues dans la séquence d’Introduction à la génétique et une explication de la notion de codominance, la première loi de Mendel est introduite au travers d’un exemple illustratif : le croisement entre une fleur rouge et une fleur blanche. Une erreur s’est glissée dans les explications : il y a confusion dans les concepts de dominance incomplète et de codominance. Dans la vidéo, il est dit que la dominance incomplète signifie que le génotype d’un individu possède un allèle dominant et un allèle récessif, et que seul l’allèle dominant s’exprime. Or il s’agit là en réalité du concept de dominance complète.
- La dominance incomplète : le génotype est composé de deux allèles dominants différents. Le phénotype de l’individu sera une expression intermédiaire entre ces deux allèles. - La codominance : comme pour la dominance incomplète, le génotype présente deux allèles dominants différents. La différence réside dans le fait que cette fois le phénotype ne sera plus l’expression intermédiaire entre les deux caractères, mais une expression à parts égales de chaque caractère. Toutes mes excuses pour cette erreur !
Gregor Mendel né le 20 juillet 1822 et mort le 6 janvier 1884, était un moine catholique du monastère Saint-Thomas de Brünn située en Tchéquie. Botaniste et généticien, il est communément reconnu comme le père fondateur de la génétique. À son époque, comme un enfant présentait à la fois des caractères de son père et de sa mère, il était communément admis que l’hérédité se faisait par mélange des caractères parentaux dans certaines proportions. Mendel a travaillé sur des plants de petits pois présentant soit des graines lisses soit des graines ridées. Les individus utilisés étaient des individus de souches pures car issus d'une lignée présentant ce caractère depuis plusieurs générations. Il constata systématiquement qu’en génération hybride F1, c’est-à-dire la génération issue de la fécondation n°1 des gamètes de parents P1 (plant à graines lisses) et P2 (plant à graines ridées), aucun individu ne présentait de mélange de caractères. Tous les individus F1 présentaient une uniformité des caractères correspondants aux caractères d’un seul des deux parents (P1) : ils ne présentaient que l’aspect lisse des graines. Le caractère « pois lisse » était donc dominant sur le caractère « pois ridé ».
En effet, en constatant que dans la génération F2 issue du croisement de deux individus F1, apparaissait un caractère absent en F1 mais présent chez P2, il mit en évidence que l’hérédité était transmise par une « particule », un élément porteur d’information appelé aujourd’hui « allèle ». Chaque plant étant issu de deux parents, il possède forcément les particules en double exemplaire. Les deux particules se séparent (ségrégent) lors de la formation des gamètes de sorte que chaque gamète ne possède qu’une particule sur les 2. Pour Mendel, dans le cas de l’étude de 2 caractères, les plants de petits pois à graines jaunes et lisses étant de souches pures, ils possèdent un couple de particules dominantes codées « A » pour la couleur jaune et un couple de particules dominantes codées « B » pour le caractère lisse alors que les plants de petits pois à graines vertes et ridées possèdent un couple de particules récessives (non dominantes) codées « a » pour la couleur verte et un couple de particules récessive codées « b » pour le caractère ridé. Ainsi au moment de la formation des gamètes, chacun de ces derniers ne contient qu’une seule particule d’un couple.
En travaillant sur 2 caractères à la fois (couleur et aspect de la graine), il a constaté que les particules associées aux deux caractères n’étaient pas forcément transmises ensemble des parents aux descendants et qu’elles pouvaient se disjoindre pour s’associer, faisant apparaître de nouvelles combinaisons de caractères ou phénotypes en F2. La fécondation est l’union de deux gamètes dits haploïdes car ils ne contiennent qu’un seul exemplaire de chaque sorte de chromosome. La réunification des deux noyaux appelée caryogamie rétablit le caryotype et donc rétablit la diploïdie.
Ainsi le cycle de vie de l’Homme par exemple est une alternance de phases diploïdes et haploïdes où la phase diploïde est prédominante. Ainsi pour un gène donné, un individu peut être qualifié d’homozygote s’il possède deux allèles identiques pour ce gène. Si cet allèle est un allèle dominant on parlera d’individu homozygote dominant. Si l’allèle est récessif on parlera d’individu homozygote récessif. Les gènes étudiés sur le schéma précédent, les gènes alpha et bêta, sont des gènes situés sur le même chromosome : on dit qu’ils sont liés. L’individu 1 est homozygote dominant pour le gène alpha et hétérozygote pour le gène bêta.
Précisions : Dans le système de codification en génétique, le génotype (ensemble des gènes que l’on possède) s’écrit toujours entre parenthèses alors que le phénotype (ensemble des caractères que l’on présente) s’écrit entre crochets. La lettre majuscule représente l’allèle dominant et la lettre minuscule l’allèle récessif du gène d’intérêt. Les doubles slashs représentent la paire de chromosomes homologues. Quand deux gènes sont portés par des chromosomes différents (on dit qu’ils sont indépendants), il convient de placer une virgule entre les codes utilisés pour les gènes. Quand les gènes sont portés par le même chromosome (on dit qu’ils sont liés), on ne met pas de virgule et les lettres utilisées pour coder les gènes sont écrites l’une à côté de l’autre. Si l’on doit écrire le génotype d’un gamète, on n’écrira donc entre parenthèses qu’une seule lettre associée à un seul slash (A/) car le gamète ne possède qu’un seul exemplaire de chaque sorte de chromosomes.
Considérons deux individus de phénotype [AB]. Les gènes responsables des caractères sont situés sur des chromosomes différents. On remarque ainsi, qu’en considérant 2 gènes, il y a 4 possibilités de gamètes différents à l’origine de 9 génotypes de fœtus différents. Mendel avait mis en évidence l’existence d’une dominance et d’une récessivité des allèles en étudiant des caractères des graines de petits pois mais également en étudiant les couleurs des fleurs de petits pois. En effet, en croisant un plan aux fleurs roses (P1) avec un plan aux fleurs blanches (P2), la génération F1 présentait systématiquement des fleurs roses. Ainsi deux allèles ont été mis en évidence : l’allèle B responsable du caractère rose qui est dominant sur l’allèle b responsable du caractère blanc qui lui est donc récessif (il ne s’exprimera que s’il est présent en deux exemplaires).
Cependant si Mendel avait étudié d’autres plantes, il aurait pu constater que parfois en génération F1 apparaissent des fleurs dont la couleur n’existe ni chez le parent 1 ni chez le parent 2 et semble provenir d’un mélange des deux. C’est le cas par exemple chez les roses où le croisement d’une rose rouge et d’une rose blanche donne une couleur rose. Aujourd’hui on utilise les connaissances en génétique afin d’orienter les productions de plantes à caractères spécifiques correspondant à la demande des consommateurs. On peut citer comme exemple la prévision du groupe sanguin d’un fœtus chez un couple de parents. L’allèle A est responsable de la production d’une molécule de type A en surface des globules rouges, l’allèle B est responsable de la production d’une molécule de type B alors que l’allèle O n’induit la fabrication d’aucune molécule à la surface des globules rouges. L’allèle O est récessif ce qui signifie qu’il ne s’exprime que s’il est « seul » c’est-à-dire non face à l’allèle A ou B et donc uniquement s’il est présent en double exemplaire.
Les allèles A et B sont donc dominant sur l’allèle O. Cependant un individu de génotype (A//B) présentera les deux types de molécules à la surface de ses globules rouges : il sera donc du groupe [AB]. Nous sommes dans le cas d’une dominance incomplète appelée également codominance. Ainsi un individu de phénotype [A] peut présenter deux génotypes : (A//A) ou (A//O). La connaissance du phénotype des parents à elle seule ne permet pas de réaliser la détermination des génotypes possibles d’un individu à venir. La connaissance du génotype de ceux-ci est importante.
Puisque les chats parents de la 1re génération sont homozygotes pour les deux caractères étudiés, ils ne transmettent qu’un type de gamète chacun. Le parent 1 transmet un gamète dont l’agencement des allèles est Cp et le parent 2 transmet un gammète dont l’agencement des allèles est cP. Tous les individus de la 1re génération ont un génotype hétérozygote pour les deux caractères étudiés (CcPp). Pour obtenir une deuxième génération de chatons, deux chats de la 1re génération sont croisés entre eux. Gregor Mendel, par le biais de ses travaux sur les petits pois, a découvert les lois fondamentales de l'hérédité. Il arriva à la conclusion que les gènes vont par paires et qu'ils sont transmis comme des unités distinctes, chacune provenant de l'un des parents. Mendel étudia la ségrégation (transmission) des gènes parentaux à la descendance, en notant le caractère dominant ou récessif des caractères transmis. Il reconnut que la transmission héréditaire d'une génération à l'autre se faisait selon un mode mathématique.
Les expériences génétiques que Mendel fit sur les petits pois durèrent huit ans (1856-1863) et il publia ses résultats en 1865. Pendant cette période, Mendel fit pousser plus de 10000 petits pois, en notant le nombre de leurs descendants et leurs caractéristiques. À l'époque, on ne reconnut pas la valeur des travaux de Mendel et de ses lois de l'hérédité.
Ce parcours historique montre comment les fondements de la génétique naturelle se mêlent à des découvertes modernes sur l’ARN et l’hérédité épigénétique. Il éclaire aussi les perspectives futures sur les mécanismes transmis par les spermatozoïdes et les risques potentiels de prédisposition à certaines maladies.
Mono-hybridisme : Codominance - Dominance incomplète
- Rapport de Mendel sur les pois: dominance du pois lisse sur le pois ridé.
- Transmission des allèles: ségrégation et répartition aléatoire dans les gamètes.
- Distinction entre génotype et phénotype et notions d’homozygote/hétérozygote.
- Impact historique: passage des expériences de poche à la compréhension moderne de l’ARN héréditaire.
En synthèse, les idées de Mendel sur les lois de l’hérédité restent une boussole pour interpréter les nouveaux phénomènes épigénétiques et les rôles potentiels de l’ARN dans l’hérédité, ouvrant des perspectives inédites dans la compréhension des origines des maladies et de leur propensityes génétiques.
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