5 - AMPCfusion

UE11 - Génétique - UMR2
Cours 5 (Non relu par le prof)
12/11/2015
Jean-Paul BONNEFONT
[e-mail]
RT : Benoît LADRETTE
RL : Hugo CRESPIN
Maladies génétiques liées à des anomalies épigénétiques
Plan :
I. Modifications épigénétiques
A- Méthylation de l’ADN
B- Méthylation et acétylation des histones
II. Phénomène d’empreinte génétique
A- Définition, généralités, rappels
B- Mise en évidence de l’empreinte génomique
C- Chronologie
D- Mécanismes moléculaires
E- Applications en génétique médicale
Conclusion

Tout d’abord quelques définitions :
Epigénétique : phénotype transmissible résultant de modifications chromosomiques réversibles, sans
altération de la séquence d’ADN, c.à.d. qu’on peut trouver des modifications de l’ADN, de
l’expression des gènes sans altération de la succession des bases nucléiques.
Empreinte génomique : mécanisme épigénétique aboutissant à l’expression monoallélique d’un gène
en fonction de son origine parentale. L’empreinte est sous la dépendance d’un élément de contrôle de
cette empreinte appelé ECE. Phénomène encore mal connu.
ECE : petit morceau d’ADN dont l’état épigénétique contrôle l’expression soumise à empreinte des
gènes inclus dans une région chromosomique.
Effet en cis : action du produit d’un gène (ARN non codant, protéine) sur l’expression d’un autre gène
porté par le même chromosome.
Effet en trans : action du produit d’un gène sur l’expression d’un autre gène mais porté par un autre
chromosome.
ARN “non codants” : ARN non traduits en protéine (ARNt, ARNr…) dont il existe plusieurs classes
(micro, macro, court…).
Parthénogénèse : chez les mammifères, reproduction asexuée nécessitant la duplication du lot
chromosomique de l’ovocyte (on colle deux noyaux d’une femme ou deux noyaux d’un homme dans
un ovocyte, on déclenche l’embryogénèse et on voit ce qu’il se passe : étude fréquente en génétique).
I. Modifications épigénétiques
L’épigénétique a pris un essor considérable avec les techniques de séquençage haut débit et les
nouvelles méthodes d’analyse des protéines. Cette épigénétique est considérée comme très importante
par la communauté internationale, d’où l’émergence de l’« International Human Epigenome Project »
qui s’est fixé pour objectif de séquencer 1 000 épigénomes humains. Ce projet a débuté il y a 5 ans et
doit durer 10 ans.
Ce projet va contribuer à expliquer comment le génome fonctionne et donner des pistes thérapeutiques
pour savoir comment certaines maladies génétiques fonctionnent.
Les modifications épigénétiques sont identiques dans leur nature, qu’elles soient sollicitées pour la
mise en place et le maintien de l’empreinte génomique ou pour la régulation de l’expression de
gènes non soumis à empreinte (ex : inactivation de l’X).
Ces modifications épigénétiques sont rapidement réversibles dans le cas de la régulation de
l’expression des gènes, alors que dans les phénomènes d’empreinte, ces modifications sont stables et
font intervenir essentiellement 3 processus intervenant au niveau du remodelage de la chromatine (cf
la suite du cours) :
● la méthylation/déméthylation de l’ADN
● au niveau des histones : acétylation/désacétylation et méthylation/déméthylation.
● recrutement de protéines chaperonnes.

Ces différents processus aboutissent à une modification de la compaction de la chromatine. Elle est :
- soit compactée, ce qui empêche les facteurs de transcription d’arriver au niveau des gènes.
L’expression des gènes est donc réprimée ;
- soit relaxée, ce qui permet la transcription des gènes.
Bien sûr, la chromatine n’a pas la même conformation sur toute sa longueur, elle varie d’une région à
l’autre.
Nous n’en sommes qu’au début de la compréhension moléculaire des maladies génétiques et nous
connaissons encore très mal la physiopathologie des maladies épigénétiques.
A. Méthylation de l’ADN
1. Répartition dans le génome
L’ADN est pratiquement exclusivement méthylé au niveau des cytosines présentes dans les paires CG
(îlots CpG en anglais, méthylation/déméthylation dans la moitié des paires CG environ). On s’est
aperçu qu’il existe aussi des cytosines en dehors des paires CG qui peuvent être méthylées. Mais,
essentiellement, la méthylation impacte les cytosines des paires CG.
Ainsi, dans les 3 milliards de paires de base du génome haploïde, on trouve :
● 45% de C et G ;
● 1-4% de dinucléotides CG, ils sont donc rares dans l’ensemble du génome.
La méthylation des paires CG est conservée lors de la réplication.
Les paires CG ne sont pas présentes au hasard, mais dans certaines régions précises (en particulier les
régions répétées : α et β satellites, SINES, LINES, ALUs, tansposons…), souvent régulatrices de
l’expression des gènes.
Les paires CG peuvent être organisées en îlots (CpG islands) qui font quelques centaines de
nucléotides et dont le contenu en C et G est supérieur à 55%. Ces îlots CpG sont flanqués par des
régions relativement pauvres en paires CG.
Les dinucléotides CG sont présents dans les régions intergéniques (peu, généralement les cytosines de
ces régions sont méthylées et ces régions ne sont peu ou pas transcrites).
Les dinucléotides CG se retrouvent également, de manière abondante, au niveau des promoteurs des
gènes et des régions régulatrices flanquantes. Selon que les cytosines sont méthylées ou non, on a une
absence de transcription ou transcription du gène en cis des îlots.
Par contre, dans les régions flanquantes, il y a une relative raréfaction des îlots CG : les cytosines y
sont généralement méthylées et il n’y a pas de transcription.
Les dinucléotides CG peuvent se trouver à l’intérieur des gènes (généralement dans les introns).
2. Données biochimiques
Les mécanismes de méthylation de l’ADN :
La méthylation de l’ADN se fait à partir d’enzymes :
 l’ADN méthyl-transférase, dont il existe 4 isoformes impliquées dans la méthylation de
l’ADN.
Les isoformes 3A et 3B agissent avec le cofacteur 3L et sont principalement exprimées au tout début
de l’embryogenèse (implantation J7). Elles mettent en place de novo la méthylation et interviennent
dans l’établissement de l’empreinte.
L’isoforme DNMT1, abondante dans les cellules somatiques, assure le maintien de la méthylation en
fonction des nécessités (maintien de l’empreinte ou maintien en fonction des besoins de transcription
des gènes)

 les déméthylases interviennent pour déméthyler l’ADN (on les connaît moins
bien).
Les isoformes 3A et 3B interviennent pour méthyler l’ADN. Soit l’ADN est maintenu méthylé (rôle
de DNMT1 associée à des protéines), soit l’ADN doit être déméthylé. Dans le cas de la
déméthylation, 2 processus sont possibles :
 un processus passif de méthylation, pas très bien connu ;
 un processus mené par les déméthylases qui coupent les groupes méthyl.
Ainsi, la méthylation/déméthylation assure la régulation de l’expression des gènes.
3. Chronologie de la méthylation/déméthylation de l’ADN :

Abordons la méthylation de l’ADN au cours du développement humain.
Au cours du développement (valable chez l’ensemble des mammifères), en séparant les cellules en
plusieurs catégories (somatiques, germinales et placentaires), on observe des phases de méthylation et
de déméthylation.
Sur ce schéma, on a séparé les gènes soumis à empreinte (qu’ils soient au niveau de l’embryon ou du
placenta : noir pour les méthylés et gris pour les déméthylés) et les gènes non soumis à empreinte
(embryon rouge : origine maternelle, placenta bleu : origine paternelle).
Lorsque les cellules germinales primordiales (qui ont un fort taux d’ADN méthylé) émergent pendant
la gamétogenèse, on constate une phase de déméthylation très importante, puis une phase de
reméthylation pour les gènes non à l’empreinte génomique (bleu, rouge) et les gènes réprimés suite à
l’empreinte (noir : méthylés). On observe un brassage des gènes soumis à empreinte et la mise en
place de l’empreinte dans les gamètes du futur parent (l’embryon) qui, on le verra, dépend du sexe de
l’embryon.
Dans les cellules somatiques de l’embryon, il y a une déméthylation, aussi bien pour les gènes
paternels (bien plus précoce) que pour les gènes maternels, (plus tardive) qui dure pendant une bonne
partie de l’embryogénès, afin de permettre l’expression des gènes du développement notamment. On
récupère une « méthylation normale » en fin d’embryogénèse. Les gènes soumis à empreinte
maintiennent stable leur état de méthylation.
4. Etude de la méthylation et régulation de la transcription
Sur ce schéma explicatif, on distingue les histones (cylindres) entourés d’un filament d’ADN.