Dans le modèle génétique actuel, l’ADN est le support global de l’hérédité et de l’information. Il est considéré comme le conteneur de toute l’information nécessaire à la transmission des caractéristiques générationnelles. Cependant, cette vision pourrait être incorrecte. C’est ce qu’avance Antony Jose, professeur de biologie cellulaire et de génétique moléculaire à l’Université du Maryland, pour qui l’ADN n’est en fait qu’une petite part des instructions nécessaires à la transmission héréditaire ; la majorité des instructions étant en réalité stockées dans l’agencement moléculaire cellulaire.
Dans deux nouveaux articles, Jose fait valoir que l’ADN n’est que la liste des ingrédients, et non l’ensemble des instructions utilisées pour construire et maintenir un organisme vivant. Les instructions, dit-il, sont beaucoup plus compliquées et sont stockées dans les molécules qui régulent l’ADN d’une cellule et d’autres systèmes fonctionnels.
L’ADN : il ne participe pas à lui seul à l’hérédité
Jose a décrit un nouveau cadre théorique pour l’hérédité, qui a été développé à travers 20 ans de recherche sur la génétique et l’épigénétique, dans des articles évalués par des pairs dans la revue Journal of the Royal Society Interface et la revue BioEssays. L’argument de Jose suggère que les scientifiques pourraient ignorer des voies importantes pour étudier et traiter les maladies héréditaires, et les croyances actuelles sur l’évolution peuvent être trop axées sur le rôle du génome, qui contient tout l’ADN d’un organisme.
« L’ADN ne peut pas être considéré comme le « modèle » de la vie. Il s’agit au mieux d’une liste d’ingrédients qui se chevauchent et sont potentiellement mélangés et utilisés différemment, par différentes cellules à différents moments », explique Jose. Par exemple, le gène de la couleur des yeux existe dans chaque cellule du corps, mais le processus qui produit la protéine pour la couleur des yeux ne se produit que pendant un stade spécifique du développement et uniquement dans les cellules qui constituent la partie colorée des yeux. Ces informations ne sont pas stockées dans l’ADN.
De plus, les biologistes sont incapables de déterminer la forme complexe d’un organe tel qu’un œil, ou tout simplement prévoir qu’un animal aura des yeux en lisant son ADN. Ces aspects fondamentaux de l’anatomie sont dictés par quelque chose en dehors de l’ADN. Jose fait valoir que ces aspects du développement, qui permettent à un œuf fécondé de se développer d’une cellule unique à un organisme complexe, doivent être considérés comme faisant partie intégrante de l’hérédité.
L’agencement moléculaire cellulaire comme facteur primordial de l’hérédité
Le nouveau cadre de Jose recrée l’hérédité comme un système d’information complexe et en réseau, dans lequel toutes les molécules régulatrices qui aident la cellule à fonctionner peuvent constituer un magasin d’informations héréditaires.
Michael Levin, généticien et directeur du Tufts Center for Regenerative and Developmental Biology, estime que l’approche de Jose pourrait aider à répondre à de nombreuses questions qui ne sont pas abordées par la vision actuelle de la biologie centrée sur le génome.
« Comprendre la transmission, le stockage et le codage des informations biologiques est un objectif essentiel, non seulement pour la science fondamentale mais aussi pour les progrès transformateurs de la médecine régénérative. Dans ces deux articles, Antony Jose applique magistralement une approche informatique pour fournir une vue d’ensemble et une analyse quantitative de la dynamique moléculaire possible qui pourrait servir de support pour des informations héréditaires », indique Levin.
Jose propose que les instructions non codées dans l’ADN soient contenues dans l’arrangement des molécules au sein des cellules et leurs interactions les unes avec les autres. Cet arrangement de molécules est conservé et transmis d’une génération à l’autre. Dans ses articles, le cadre de Jose redéfinit l’héritage comme les effets combinés de trois composants : les entités, les capteurs et les propriétés.
Entités, capteurs et propriétés : les composants de l’hérédité
Les entités comprennent le génome et toutes les autres molécules d’une cellule nécessaires à la construction d’un organisme. Les entités peuvent changer avec le temps, mais elles sont recréées avec leur structure, leur arrangement et leurs interactions d’origine au début de chaque génération. « Cet aspect de l’hérédité, à savoir que l’arrangement des molécules est similaire d’une génération à l’autre, est profondément sous-estimé et conduit à toutes sortes de malentendus sur le fonctionnement de l’hérédité », explique Jose.
Les capteurs sont des entités spécifiques qui interagissent avec et répondent à d’autres entités ou à leur environnement. Les capteurs répondent à certaines propriétés, telles que l’arrangement d’une molécule, sa concentration dans la cellule ou sa proximité avec une autre molécule. Ensemble, les entités, les capteurs et les propriétés permettent à un organisme vivant de ressentir ou de « savoir » des choses sur lui-même et son environnement. Certaines de ces connaissances sont utilisées avec le génome à chaque génération pour construire un organisme.
« Ce cadre est construit sur des années de recherche expérimentale dans de nombreux laboratoires, dont le nôtre, sur l’épigénétique et le séquençage génétique multigénérationnel combiné à notre intérêt croissant pour la biologie théorique. Étant donné que deux personnes qui contractent la même maladie ne présentent pas nécessairement les mêmes symptômes, nous devons vraiment comprendre tous les aspects où deux personnes peuvent être différentes, pas seulement leurs génomes ».
Une nouvelle manière d’aborder et traiter les maladies génétiques
En médecine, par exemple, la recherche des raisons pour lesquelles les maladies héréditaires affectent les individus différemment se concentre sur les différences génétiques, chimiques ou physiques dans les entités. Mais ce nouveau cadre suggère que les scientifiques devraient rechercher des différences non génétiques dans les cellules des individus atteints de maladies héréditaires, telles que l’arrangement des molécules et leurs interactions.
Les scientifiques ne disposent pas actuellement de méthodes pour mesurer certaines de ces choses, donc ce travail pointe vers de nouvelles pistes de recherche potentiellement importantes. En évolution, le cadre de Jose suggère que les organismes pourraient évoluer par des changements dans l’arrangement des molécules sans modification dans leur séquence d’ADN. Et en science de la conservation, ce travail suggère que les tentatives de préservation des espèces menacées par les seules banques d’ADN manquent d’informations critiques stockées dans des molécules non-ADN.
« La généralisation de la mémoire et de l’encodage par Antony Jose via le cadre entité-capteur-propriété jette de nouvelles perspectives sur l’évolution et la complexité biologique, et suggère des révisions importantes aux paradigmes existants en génétique, épigénétique et développement », conclut Levin.
