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    Plan détaillé Texte intégral La cellule « unité de base de la vie » L’acide désoxyribonucléique : support de l’information génétique Les télomères et le vieillissement des cellules Le nombre de chromosomes Le corps humain est composé de 3 types de cellules Séquençage du génome humain Comment sont utilisées les informations contenues dans l’ADN ? Des modifications peuvent apparaître dans la molécule d’ADN : les mutations Les mutations sont à la base de l’évolution des êtres vivants Les systèmes de réparation et de protection du génome L’épigénétique : les facteurs environnementaux et comportementaux régulent l’action des gènes et contrôlent leur expression 98 % de l’ADN ne « code » pas des protéines : un ADN qualifié, à tort, d’ADN « poubelle » L’épigénétique crée l’espoir que nous pouvons échapper à la fatalité de notre code génétique Notes de bas de page

    Cancer. Le citoyen informé acteur de sa prévention

    Ce livre est recensé par

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    Table des matières

    Le cancer, une maladie génétique de la cellule

    Comment fonctionne une cellule saine ?

    p. 15-40

    Texte intégral La cellule « unité de base de la vie » L’acide désoxyribonucléique : support de l’information génétique Les télomères et le vieillissement des cellules Le nombre de chromosomes Le corps humain est composé de 3 types de cellules Séquençage du génome humain Comment sont utilisées les informations contenues dans l’ADN ? Comment passer du gène à la protéine ? Un code pour passer d’un alphabet à 4 lettres, les 4 bases qui constituent les gènes, à un alphabet à 20 lettres, les acides aminés qui constituent les protéines Comment traduire le langage de l’ADN dans celui des protéines ? Des modifications peuvent apparaître dans la molécule d’ADN : les mutations Les mutations sont à la base de l’évolution des êtres vivants Les systèmes de réparation et de protection du génome L’épigénétique : les facteurs environnementaux et comportementaux régulent l’action des gènes et contrôlent leur expression 98 % de l’ADN ne « code » pas des protéines : un ADN qualifié, à tort, d’ADN « poubelle » L’épigénétique crée l’espoir que nous pouvons échapper à la fatalité de notre code génétique Notes de bas de page

    Texte intégral

    La caractéristique la plus remarquable d’une cellule vivante est sa capacité à transmettre héréditairement ses propriétés d’une génération cellulaire à l’autre1.
    En 1953, l’Américain James Watson et l’Anglais Francis Crick découvrirent la structure en double hélice de l’ADN, sans doute la plus grande percée jamais effectuée dans la compréhension de la vie […] On désigne sous le nom de génome l’ADN total d’un organisme. Le génome est subdivisé en unités, appelées « gènes »2.
    La double hélice est une image emblématique, définitivement gravée dans la mémoire et l’histoire de l’humanité3.

    1En dépit de la diversité de leurs formes et de leurs propriétés, les êtres vivants sont tous constitués d’éléments appelés « cellules », chacune étant l’« unité de base de la vie ». Le corps humain contient environ trente mille milliards de cellules, toutes issues d’une seule cellule, fruit de la fécondation d’un ovule par un spermatozoïde (Cf. Figure 5). Cette cellule initiale se divise pour donner 2 cellules qui, à leur tour, après division, donneront chacune 2 cellules, soit 4 cellules au total, puis 8, 16, 32, 64, etc. À chaque division le nombre de cellules double pour arriver à trente mille milliards. Un tel accroissement rappelle la légende de la récompense demandée pour l’invention du jeu d’échec avec des grains de riz qu’il faudrait utiliser pour remplir toutes les cases d’un échiquier en déposant un seul grain de riz sur la première case, 2 sur la seconde, 4 sur la troisième, 8 sur la quatrième, et ainsi de suite. 18 milliards de grains de riz seraient nécessaires pour remplir l’échiquier ! Si toutes les cellules se divisaient, il suffirait donc de moins d’une centaine de divisions pour arriver à un organisme complet.

    2Le corps humain est composé de cellules différentes qui ont des fonctions différentes et qui sont regroupées en tissus et organes : les cellules du foie, celles des poumons, celles du pancréas, celles du sang, etc. Mais toutes les cellules ont, dans l’ensemble, la même organisation interne de base.

    3De plus, chez un être humain, les cellules sont en perpétuel renouvellement. Chaque jour, des milliards de cellules naissent et meurent : « Entre 50 et 70 milliards de nos cellules meurent chaque jour dans notre corps et doivent être renouvelées » (Thomas, 2019).

    4Dans une cellule saine, la division et la mort cellulaires sont rigoureusement programmées et contrôlées. La durée de vie d’une cellule est très variable : pour les polynucléaires neutrophiles, elle est d’environ 24 à 36 heures, les cellules de la peau sont remplacées toutes les semaines, les cellules hépatiques tous les 400 à 500 jours. La conséquence de ce renouvellement incessant de nos cellules est que « pas une seule des cellules de notre corps d’aujourd’hui ou des molécules qui les composent n’était présente à notre naissance » (Pàldi, 2018).

    5Précisons enfin que les cellules ne peuvent effectuer qu’un nombre limité de divisions et qu’elles restent, dans leur immense majorité, localisées ; elles ne quittent pas l’organe où elles ont pris naissance : une cellule du poumon ne se détache pas pour s’installer dans un autre organe, le cerveau. Une exception : les cellules circulantes du sang et de la lymphe.

    6Pour appréhender l’intérêt et l’importance de la prévention, il est indispensable de comprendre comment apparaît et se développe un cancer : comment une cellule saine devient une cellule cancéreuse ? Il sera en premier lieu décrit le fonctionnement d’une cellule « saine » et ensuite comment une seule cellule, en se développant de façon anarchique et incontrôlée, va former une tumeur4 : « le cancer, nous le savons maintenant, est une maladie due à la division incontrôlée d’une seule cellule » (Mukherjee, 2013).‑

    La cellule « unité de base de la vie »

    Figure 1. De la cellule au gène

    Chaque cellule renferme un noyau qui contient les chromosomes. L’extrémité du chromosome se termine par les télomères qui ne constituent qu’une toute petite partie des chromosomes ; ils ne sont pas représentés à l’échelle sur la figure. Le chromosome est formé de nombreuses protéines et d’une molécule d’ADN qui s’enroule autour d’autres molécules, les histones. Le complexe ADN‑histone, appelé chromatine, se présente sous une forme plus ou moins dense : chromatine non compacte (hétérochromatine) et chromatine compacte (euchromatine). L’ADN a une structure en double hélice ; quatre éléments chimiques, appelés bases – l’adénine (A), la thymine (T), la cytosine (C), la guanine (G), assurent le lien entre les deux brins de la double hélice (1A). Les quatre bases s’associent de façon très précise : l’adénine (A) est toujours associée à la thymine (T) et la cytosine (C) à la guanine (G) ; les deux brins d’ADN sont donc complémentaires (1B). Un gène est représenté par une portion, une « séquence » d’ADN qui commande (code) pour une action spécifique, par exemple, la synthèse d’une protéine. Le gène est l’unité de base de l’information génétique.

    Redessinée et modifiée d’après Pàldi, 2012

    7Tous les organismes vivants sont composés d’entités microscopiques, les cellules (Alberts et al., 2017), « unités de base de la vie » (Figure 1). Le corps humain contient environ trente mille milliards de cellules ; c’est un organisme pluricellulaire. D’autres êtres vivants, les « bactéries », sont constitués, dans leur immense majorité, d’une seule cellule et sont qualifiés d’êtres unicellulaires.

    8Au cours de la différenciation cellulaire5, les cellules se spécialisent dans une fonction et se regroupent pour former des tissus (tissu nerveux, tissu musculaire, etc.) et différents tissus s’associent à leur tour pour former un organe (estomac, foie, rein, prostate, cerveau, etc.)

    9Une cellule humaine, dont la taille moyenne est de quelques dizaines de micromètres6, est limitée par une membrane, la membrane cytoplasmique permettant le maintien des conditions physico‑chimiques à l’intérieur de la cellule et le contrôle des échanges entre l’intérieur de la cellule et son environnement. L’intérieur de la cellule comprend deux parties : le cytoplasme, milieu aqueux gélifié, qui contient l’autre partie, le noyau. Celui‑ci est délimité par une autre membrane, la membrane nucléaire dans laquelle il y a des pores, les pores nucléaires, qui permettent le passage des substances et assurent les échanges entre l’intérieur du noyau et le cytoplasme. Les constituants essentiels du noyau sont les chromosomes.

    L’acide désoxyribonucléique : support de l’information génétique

    10Un chromosome est constitué d’une molécule, l’acide désoxyribonucléique (ADN), et de protéines (exemple : les histones). Dans l’ADN est stocké l’ensemble des informations nécessaires au bon fonctionnement de la cellule. L’ADN est présent chez tous les êtres vivants : homme, plantes, animaux, « microbes » (Bertrand et al., 2011, 2018).

    Encadré 1
    Les microbes

    « Microbes » est un terme utilisé dans le langage courant pour désigner les micro‑organismes, des organismes vivants invisibles à l’œil nu, observables uniquement à l’aide d’un microscope. On les retrouve sous des formes très différentes, le plus souvent à l’état unicellulaire : les bactéries (ex : le cancer de l’estomac se développe suite à une inflammation provoquée par la présence d’une bactérie Helicobacter pylori (Cf. Les agents infectieux), les levures (ex : la levure de boulangerie, Saccharomyces cerevisiae), les protozoaires (ex : le Plasmodium, parasite responsable du paludisme), certains champignons (responsables de mycoses), les algues unicellulaires, etc. Les virus, organismes acellulaires (sans cellule), sont également considérés comme des micro‑organismes (ex : le virus de l’immunodéficience humaine (VIH), les virus responsables des hépatites B et C, les papillomavirus responsables du cancer du col de l’utérus (Cf. Les agents infectieux). En général, la taille des bactéries est comprise entre 0,2 et 50 µm, celle des virus entre 0,03 et 0,4 µm, ils sont donc invisibles au microscope optique ; ce n’est que très récemment que certains virus « géants », pouvant atteindre une taille de 1,5 µm, donc visibles au microscope, ont été découverts. Les micro-organismes sont présents dans toutes les parties de la biosphère (les sols, la croûte terrestre, les océans, les fleuves, l’atmosphère, les nuages) et sont capables, pour certains, de vivre dans les conditions les plus extrêmes : la bactérie Thermus aquaticus contient une enzyme, la Taq polymérase, utilisée lors de la réaction PCR, capable de supporter des températures allant jusqu’à 90 °C. Ils se retrouvent également dans tout le corps humain : la peau, la bouche, l’intestin ; il y a 2 à 10 fois plus de micro‑organismes dans le tube digestif humain qu’il y a de cellules composant notre corps ; la microflore intestinale, ou microbiote, compte 1012 à 1014 micro‑organismes (1 000 espèces bactériennes, champignons, virus) pour un poids de 2 kilos ! La très grande majorité des micro‑organismes sont bénéfiques ou inoffensifs, seule une infime partie sont un danger pour l’hôte qui les abrite et peuvent provoquer des maladies chez les végétaux, les animaux et l’homme. Chez ce dernier, les bactéries peuvent causer la tuberculose, le choléra, la syphilis, etc. Certains agents chimiothérapeutiques sont capables de tuer les micro‑organismes pathogènes ; la plupart sont des antibiotiques, telle que la pénicilline. Malheureusement, certains pathogènes résistent à l’attaque des antibiotiques, ce qui constitue de nos jours un problème de santé publique majeur. Cette résistance est la cause, par exemple, d’infections nosocomiales contractées lors d’un séjour hospitalier. La bactérie la plus connue responsable de cette infection liée aux soins est Staphylococus aureus (Staphylocoque doré).

    BERTRAND, J.-C., et al. (2011) Écologie microbienne. Microbiologie des milieux naturels et anthropisés, Pau, Presses Universitaires de Pau et des pays de l’Adour.

    BERTRAND, J.-C., et al. (2018) Prokaryotes and Evolution, New York, Springer.

    11Le 25 avril, 1953, James Watson et Francis Crick publièrent, dans la célèbre revue scientifique Nature, un article décrivant la structure de l’ADN, la molécule qui contient « le code de la vie », le support du patrimoine génétique de tous les êtres vivants. Un article d’une page, accompagné d’une seule figure, qui allait marquer l’histoire de la biologie : « La double hélice est une image emblématique, définitivement gravée dans la mémoire et l’histoire de l’humanité » (Mukherjee, 2017). Pour cette découverte – dont l’histoire est décrite par Watson dans un ouvrage autobiographique (Watson, 1968) – ils reçurent conjointement le prix Nobel en 1962. Rosalind Franklin, qui avait participé de manière déterminante à cette découverte avec ses images de crystallographie de l’ADN – et décédée d’un cancer peu de temps avant l’attribution de cette récompense –, fut très injustement oubliée par Watson et Crick et par l’Académie Nobel, qui n’a jamais décerné ses prix à titre posthume.

    12Ces scientifiques ont démontré que la molécule d’ADN se présente sous la forme de deux brins enroulés l’un autour de l’autre, formant une double hélice, joints par 4 éléments chimiques appelés « bases » : A (Adénine), T (Thymine), G (Guanine) et C (Cytosine). (Figures 1A, 1B). L’ADN d’une cellule totalise environ 3,3 milliards de bases se regroupant deux par deux : A est toujours associé à T, et G est toujours associé à C (Figure 1B). Par ailleurs, l’ordre des couples de bases (AT, GC) sur l’ADN – dénommé la séquence – est extrêmement précis ; l’enchainement des bases forme les gènes : des portions d’ADN disposées linéairement, constituées de dizaines de milliers de bases.

    Tableau 1. Classification des protéines selon leur fonction cellulaire

    L’être humain possède des dizaines de milliers de protéines, chacune ayant une structure et une fonction spécifique. Elles sont toutes élaborées à partir d’acides aminés. Les autres constituants de la cellule sont les glucides, ou sucres (ex : glucose, lactose, amidon), les lipides (ex : le cholestérol), les acides nucléiques (ex : ADN, ARN).

    13Les gènes portent des messages qui vont commander, « coder », la synthèse des composants de la cellule, notamment les protéines, principaux constituants de la cellule assurant sa construction et son fonctionnement (une protéine peut demander la présence de plusieurs gènes, et un gène peut assurer la synthèse de plusieurs protéines). Des milliers de protéines sont ainsi produites, chaque jour, chacune jouant son rôle dans l’organisme (Tableau 1). Les protéines sont de longues chaines moléculaires de longueur variable, composées chacune de 20 unités différentes, les acides aminés, organisés et regroupés de façon à former une sorte de « collier de perles » linéaire – appelé « chaine polypeptidique » – se repliant sur lui‑même pour prendre une structure tridimensionnelle caractéristique pour chaque protéine (Lehninger et al., 1998).

    Figure 2. La structure chimique d’un nucléotide

    Un nucléotide est composé de 3 éléments : un « sucre », appelé « pentose », car il contient 5 atomes de carbone (C) numérotés de 1 à 5. Sur le carbone 1 du pentose une « base » est fixée (Cf. Figure 1), qualifiée de base azotée car cette molécule comporte un atome d’azote (N) ; sur le carbone 5 du pentose est fixé un groupement phosphate contenant un atome de phosphore (P).

    14La structure de l’ADN peut être comparée à une échelle tournant sur elle‑même : les bases représentant les « barreaux », un sucre et un groupement phosphate constituant les « montants ». Le complexe base‑sucre‑groupement phosphate est appelé nucléotide (Figure 2).

    15Une fois dépliée, la longueur de la molécule d’ADN d’une cellule est d’environ 2 mètres. La molécule est donc compactée dans le noyau qui a une dimension de quelques micromètres seulement, évoquant un compactus pour le rangement des livres dans une bibliothèque. L’ADN n’est pas libre dans le noyau, il s’enroule autour d’autres molécules, les histones (qui sont des protéines) formant une structure complexe appelée chromatine (Figure 1).

    16Chaque être humain possède un ADN spécifique : chacun d’entre nous est unique. L’ensemble des gènes constituant l’ADN d’une personne désigne son génotype – ce qui est inscrit dans nos gènes. Les gènes, « en combinaison avec l’environnement, l’histoire personnelle, les influences diverses, le génotype détermine le phénotype (l’apparence, la taille, le métabolisme, le comportement…) de la personne » (Jordan, 2015).

    Les télomères et le vieillissement des cellules

    17À l’extrémité des chromosomes se trouvent des structures particulières appelées télomères (Figure 1). Si les cellules se divisent en permanence, le nombre de divisions est limité. Ce sont les télomères qui « déterminent le rythme de vieillissement des cellules et le moment de leur mort, selon leur vitesse d’usure » (Blackburn & Epel, 2017).

    18En effet, dès la naissance, à chaque division cellulaire, les télomères des cellules non sexuelles raccourcissent progressivement jusqu’à un stade appelé « sénescence », stade où les télomères étant devenus trop courts, la cellule arrête de proliférer et meurt. Pour illustrer le rôle des télomères, Elisabeth Blackburn7 utilise une métaphore : les protections en plastique au bout de lacets sont appelés des aglets. « Ils sont là pour empêcher les lacets de s’effilocher. Maintenant imaginez que vos chromosomes, ce qui porte l’information génétique dans vos cellules, sont vos lacets. Les télomères, qui se mesurent en unités ADN appelées “paires de bases”, sont comme les aglets : ils forment de petits capuchons à leur extrémité, empêchant le matériel génétique de s’effilocher. Ce sont les aglets du vieillissement, qui ont tendance à raccourcir avec le temps. Quand l’extrémité de vos lacets est trop usée, ils deviennent inutilisables. Autant les jeter. Il arrive le même genre de chose aux cellules. Quand leurs télomères sont trop courts, elles cessent complètement de se diviser » (Figure 3).

    Figure 3. Les télomères, les « aglets » du vieillissement

    Elisabeth Blackburn compare les télomères aux aglets qui se trouvent à l’extrémité des lacets. Quand les aglets sont trop usés (en rouge) ils sont inutilisables ; de même, quand les télomères sont trop courts (en bleu clair) les cellules cessent de se diviser.

    Redessinée et modifiée d’après Blackburn et Epel, 2017

    Le nombre de chromosomes

    19Chez l’homme, le noyau des cellules non sexuelles contient 23 paires de chromosomes : chacune de ces paires étant constituée d’un chromosome d’origine paternelle et d’un chromosome d’origine maternelle (Figure 4).

    Figure 4. Analyse morphologique des 46 chromosomes humains

    Les chromosomes, numérotés de 1 à 22, sont regroupés par paires et classés par taille. Le sexe féminin possède deux chromosomes sexuels, XX (en rouge), et le sexe masculin un chromosome sexuel X (en rouge) et un chromosome sexuel Y (en bleu). Cette représentation des chromosomes est dénommée caryotype.

    20Ces cellules sont dites diploïdes. Chaque chromosome étant présent en double exemplaire, chaque gène sera également présent en double exemplaire. Ces deux copies du même gène, sont appelées « allèles ». L’un des chromosomes étant d’origine paternelle, l’autre d’origine maternelle, les deux chromosomes d’une même paire ne seront donc pas totalement identiques et par voie de conséquence, les allèles portés par les deux chromosomes sont souvent différents. Un allèle est une version différente d’un même gène et un même gène peut avoir plusieurs allèles. C’est le cas du gène responsable des groupes sanguins qui peut exister sous trois formes différentes : A, B, O.

    21Parmi les 23 paires de chromosomes, 22 sont communes aux hommes et aux femmes ; ils sont qualifiés de chromosomes « autosomes ». Une paire de chromosomes détermine le sexe de la personne ; il s’agit des chromosomes « sexuels ». La femme possède 2 chromosomes X et l’homme un chromosome X et un chromosome Y (Figure 4).

    22Au moment de la reproduction, le spermatozoïde (cellule sexuelle mâle), fusionne avec l’ovule (cellule sexuelle femelle), chacun apportant 23 chromosomes. Ces cellules sexuelles, qui ne contiennent qu’une seule moitié du génome, sont dites haploïdes. Un spermatozoïde peut être porteur d’un chromosome X ou d’un chromosome Y. La fécondation d’un ovule (X) par un spermatozoïde porteur d’un chromosome Y donnera naissance à un garçon (XY) ; la fécondation de l’ovule par un spermatozoïde porteur du chromosome X donnera naissance à une fille (XX) (Figure 5).

    Figure 5. Fécondation d’un ovule par un spermatozoïde

    L’association des chromosomes X et X donne naissance à une fille, l’association X et Y à un garçon.

    Le corps humain est composé de 3 types de cellules

    23Toutes les cellules qui ne sont pas impliquées dans la reproduction et la fécondation sont appelées les cellules somatiques (Figure 5). Les cellules sexuelles (spermatozoïde et ovule) sont dénommées cellules germinales (Figure 5). Une troisième catégorie de cellules, les cellules souches, assurent l’entretien des tissus en renouvelant constamment les cellules « usées » ; elles sont issues soit de l’embryon, soit du fœtus, soit de tissus adultes. Plusieurs types de cellules souches sont à distinguer en fonction du nombre de types cellulaires qu’elles sont capables de générer. On distingue 4 types de cellules souches, de la plus spécialisée à la moins spécialisée :

    • Les cellules souches unipotentes qui ne fournissent qu’un seul type cellulaire : hépatocytes (cellules du foie), kératinocytes (cellules de la peau), neurones (cellules du cerveau), etc. ;
    • Les cellules souches multipotentes, capables de se différencier qu’en un nombre limité de types cellulaires, provenant toutes d’un même feuillet embryonnaire (ensemble de cellules mis en place au cours du développement embryonnaire et se différenciant ensuite en un certain nombre de tissus) ;
    • Les cellules souches pluripotentes, qui peuvent se différencier en cellules de n’importe quel tissu de l’organisme (y compris en cellules germinales), mais ne permettent pas le développement d’un individu entier ;
    • Les cellules souches totipotentes – présentes uniquement dans les premiers stades du développement sont capables de donner naissance à tous les types de cellules de l’organisme ainsi qu’aux annexes embryonnaires (placenta, amnios, allantoïne) ; ce sont les seules à permettre la naissance et le développement complet d’un individu.

    Séquençage8 du génome humain

    24En 1989 a été lancé un projet particulièrement ambitieux : connaître l’enchaînement des 3 milliards de bases de l’ADN (A, T, G, C) qui constituent le génome humain. Ce projet, par son ampleur et sa complexité, avait été qualifié de « projet Apollo de la biologie ». Le projet « génome humain » a donné lieu à une course acharnée entre un consortium international public doté d’un budget de 3 milliards de dollars pour une période de 15 ans et une société privée, Celera Genomics Corporation, dirigée par l’américain Craig Venter, disposant d’un budget beaucoup plus limité, soit environ 300 millions de dollars venant de fonds privés. Venter a été accusé de vouloir privatiser et rentabiliser ses résultats. Espoir déçu. En effet, le 26 juin 2000, le président américain Bill Clinton et le premier ministre anglais Tony Blair annonçaient officiellement la publication d’une première version, très incomplète, du séquençage du génome humain, réalisée indépendamment par le consortium international et la société Celera. Ils précisèrent que l’ensemble des données appartiendrait au domaine public, interdisant ainsi toute forme de commercialisation ; elles seraient accessibles dans les bases de données publiques : « Les données sur le génome humain appartiennent à tous et tous doivent pouvoir y accéder. »

    25En février 2001, dans le même temps, les séquençages réalisés par le consortium public et par Celera Genomics seront publiés respectivement dans les célèbres revues scientifiques Nature et Science. La compétition entre projet public et projet privé s’est‑elle terminée par un match nul ? Pour Bertrand Jordan, « le projet public avait bel et bien gagné la partie ». En effet, « les conditions de la prétendue “course au génome” étaient biaisées : tout au long du travail, les résultats du projet public étaient immédiatement disponibles sur Internet, au jour le jour et sans conditions, tandis que ceux de Celera restaient confidentiels. L’entreprise avait donc eu tout loisir d’utiliser les données de son concurrent » (Jordan, 2015).

    26La première version presque définitive du génome humain était publiée en 2003. Les 3 milliards de paires de bases étaient ainsi décodées : une étape importante de l’histoire de l’humanité était franchie. Il aura fallu 13 ans au consortium international pour séquencer le génome humain pour un investissement de 3 milliards de dollars. Aujourd’hui la même opération est réalisable en quelques heures pour un coût de 1 000 dollars et un prix à 200 à 300 dollars est déjà annoncé ! Dans la version originale, l’analyse du génome était incomplète et comportait des erreurs. Actuellement, les « fautes » ont été corrigées et les 8 % manquants ont été déchiffrés ; cependant, l’analyse du chromosome Y (Cf. Figure 4), est encore absente (Nurk et al., 2022).

    27Les retombées thérapeutiques de la connaissance du génome humain sont considérables, en particulier en cancérologie. La possibilité d’une analyse rapide et financièrement acceptable des caractéristiques génétiques d’une tumeur ouvre la voie à une généralisation d’une « médecine personnalisée » dont l’objectif est de mettre en œuvre un traitement spécifique, adapté à chaque malade en fonction des caractéristiques génétiques de sa tumeur9.

    28Dans un avenir proche, l’analyse systématique du génome de chaque citoyen est‑elle envisageable ? « Peut‑être le temps où le génome de chaque individu représentera un standard de son dossier médical, régulièrement ré‑analysé, n’est‑il pas si loin10. »

    29Un résultat étonnant du séquençage de notre génome est le faible nombre de gènes présents : environ 20 000 gènes. Notre génome contient plus de gènes que la mouche drosophile (13 164 gènes), mais beaucoup moins que celui du microorganisme unicellulaire, la paramécie, Paramecium tetraurelia, avec 39 642 gènes, ou celui du grain de riz avec 37 544 gènes. La complexité de l’Homme ne peut donc pas être expliquée uniquement par le nombre de ses gènes, mais doit l’être aussi par la façon dont les gènes sont exprimés et comment ils interagissent (Cf. Prévention primaire).

    30Par ailleurs, le séquençage du génome terminé, il reste une immense tâche à accomplir et qui est à peine amorcée : découvrir son fonctionnement, son mode d’emploi. C’est comme si nous disposions de tous les éléments d’un gigantesque puzzle dont nous ne sommes capables, pour l’instant, d’assembler que quelques éléments épars, comme un livre dont nous aurions qu’une ligne par page.

    Comment sont utilisées les informations contenues dans l’ADN ?

    Comment passer du gène à la protéine ?

    Un code pour passer d’un alphabet à 4 lettres, les 4 bases qui constituent les gènes, à un alphabet à 20 lettres, les acides aminés qui constituent les protéines

    31Comment passer d’un alphabet à l’autre ? Une énigme comparable à celle qu’a dû résoudre Champollion pour déchiffrer les hiéroglyphes ou Alan Turing pour percer le secret de la machine de cryptage/décryptage « Enigma » pendant la Seconde Guerre mondiale. Champollion utilisa des messages gravés sur une stèle, la pierre de Rosette, écrits en trois écritures différentes (égyptien en hiéroglyphes, égyptien démotique et alphabet grec). Turing, considéré comme le père de l’informatique, conçut d’énormes machines électromagnétiques, des calculateurs, précurseurs des ordinateurs.

    Comment traduire le langage de l’ADN dans celui des protéines ?

    32En effet, la cellule ne peut pas utiliser directement les informations contenues dans la molécule d’ADN. Il fallait déchiffrer le code permettant de transcrire un langage à 4 constituants (les 4 bases de l’ADN) en un langage utilisant 20 constituants (les 20 acides aminés constituant les protéines) (Figure 6).

    33Johann Heinrich Matthaei et Marshall Nirenberg ont décrypté le code génétique établissant la correspondance entre la séquence des bases d’un gène et la séquence des acides aminés de la protéine associée. Combien faut‑il de bases (ou de nucléotides : complexe base‑sucre‑groupement phosphate) pour synthétiser un acide aminé ? Une séquence de 3 bases successives – appelée codon – est nécessaire, chaque codon produisant un acide aminé particulier. Par exemple, le codon ATG permet la synthèse de la méthionine.

    34Cette transcription est possible grâce à un intermédiaire qui intervient entre l’ADN et la protéine, l’acide ribonucléique (ARN), molécule qui a une structure très proche de celle de l’ADN, un fac‑similé de la chaine d’ADN, mais la molécule d’ARN ne comporte qu’un seul brin et une des bases présente dans l’ADN, la thymine (T), est remplacé par une autre base, l’uracile (U) (Figure 6). Ainsi, lors de la synthèse de la méthionine, le codon ATG, devient AUG quand il est transcrit en ARN.

    Figure 6. La traduction du langage de l’ADN dans celui des protéines

    Chez l’immense majorité des organismes vivants, l’information biologique passe de l’ADN à l’ARN puis aux protéines, des chaines polypeptidiques dont les maillons sont les acides aminés, au nombre de 20. Un acide aminé, dont la formule générale est représenté dans la figure (en vert et jaune), est constitué de carbone (C), d’hydrogène (H), d’oxygène (O), d’azote (N), et comporte un groupement « R » (en jaune), variable en fonction de la nature de l’acide aminé. Le positionnement des acides aminés lors de la formation de la chaine polypeptidique, qui aboutira à la construction de la protéine, s’effectue au niveau de minuscules granules, appelés ribosomes, véritables « usines à fabriquer des protéines ». La relation unidirectionnelle de l’information, proposée par Crick : l’ADN → ARN → Protéine, a été remise en cause. En effet, certains virus, appelés rétrovirus, peuvent « fabriquer » de l’ADN à partir de l’ARN (ARN → ADN, représenté par une flèche dessinée en pointillés). Les virus sont des parasites obligatoires qui ne peuvent se reproduire qu’en utilisant la machinerie cellulaire des cellules qu’ils parasitent (Cf. Prévention secondaire. Dépistage).

    35La synthèse d’une protéine s’effectue de la façon suivante : pour transmettre ses informations, l’ADN dispose d’un intermédiaire, l’« ARN messager », qui va véhiculer cette information des chromosomes du noyau vers le cytoplasme11. Dans un premier temps l’ADN est transcrit en ARN, on dit qu’il y a transcription de l’ADN en ARN. Dans un deuxième temps, l’ARN messager est converti en protéines ; il y a traduction de l’ARN en protéines dans lesquelles les acides aminés sont positionnés conformément « aux ordres » donnés par l’ADN, une information précise codée initialement par l’ADN.

    36Pour comprendre ce passage du gène à la protéine, le cancérologue Siddhartha Mukherjee (2017) propose la métaphore suivante : « Imaginez une bibliothèque où l’on voudrait accéder à des livres rares pour les traduire. La copie de référence de l’information, le livre rare (le gène), est conservée en permanence dans un coffre central. Lorsqu’une “demande de traduction” est faite par la cellule, une photocopie de l’original est effectuée puis extraite du coffre (noyau). Ce fac‑similé du gène, l’ARN, est utilisé comme support de travail pour la traduction en protéines. »

    37Le flux de l’information est le suivant : l’ADN (gènes), donne les informations pour construire l’ARN → l’ARN (message) donne les informations pour construire les protéines → Protéines (fonction). Ce flux d’information fut appelé par Crick le « dogme central de la biologie moléculaire ». Le code génétique est globalement universel ; tous les êtres vivants, de la « bactérie » à l’homme, utilisent le même code génétique pour traduire les codons en acides aminés, et ce flux était décrit comme unidirectionnel (Ferré & Ramos, 2018 ; Jordan, 2015).

    38Il est actuellement établi que seuls certains virus – dénommés rétrovirus – sont capables de transformer l’ARN → ADN et donc dérogent au dogme de Crick, mais ils constituent une très rare exception.

    Des modifications peuvent apparaître dans la molécule d’ADN : les mutations

    39Des modifications, appelées « mutations », peuvent apparaître dans la structure de la molécule d’ADN. Certaines sont favorables, d’autres sont sans effet (mutations neutres, silencieuses), d’autres enfin sont défavorables, voire létales (Merlin, 2013). Le nombre de mutations par cellule et par jour est estimé à plusieurs centaines, voire plusieurs milliers.

    40Les mutations apparaissent de façon aléatoire au cours de la division cellulaire qui conduit à la transformation d’une cellule qualifiée de « cellule mère » en deux « cellules filles ». La division cellulaire est un processus d’une très grande complexité (Lehninger, 1998) qui comporte 4 phases (G1, S, G2, M) se succédant dans un ordre immuable (Figure 7A). Des mécanismes complexes de contrôle existent à chacune de ces phases assurant le bon déroulement de la division cellulaire.

    Figure 7. Le cycle cellulaire

    Redessinée et modifiée d’après Lehninger et al., 1998

    41Les 3 premières phases correspondent à l’intervalle de temps qui sépare 2 divisions cellulaires et constituent l’interphase : phase G1, la cellule grossit ; phase S, les deux brins de la molécule d’ADN se séparent et deux brins complémentaires sont synthétisés, c’est la réplication de l’ADN (Figure 7B) ; phase G2, vérification du dédoublement de l’ADN, phase de préparation à la division cellulaire. Lors de la quatrième phase, phase M, appelée mitose, la cellule se divise, les deux copies d’ADN se séparent et se répartissent dans 2 cellules filles, chacune contenant une copie complète et identique de la cellule mère (Figure 7A).

    • Bien que la molécule d’ADN soit une molécule extrêmement stable, sa réplication est une étape à risque : dans les nouvelles molécules d’ADN formées des erreurs de copie, des mutations, peuvent apparaître spontanément. Il faut préciser que le nombre de mutations est extrêmement faible : 10‑8, c’est‑à‑dire une erreur tous les cent millions de bases ;
    • Les mutations peuvent être induites, provoquées par des agressions extérieures qui s’attaquent à l’ADN et altèrent sa structure. On parle d’« attaques génotoxiques » par des agents d’origine chimiques (ex. : benzène, benzopyrène, amiante, etc. ; certaines molécules toxiques pour l’ADN sont d’ailleurs utilisées comme outils thérapeutiques, en chimiothérapie), ou par des agents physiques (rayons ultra‑violets, rayons X, radioactivité). Physiques ou chimiques, ils sont qualifiés d’agents mutagènes, lesquels vont augmenter la fréquence des mutations. De nombreuses substances mutagènes sont donc cancérigènes, pouvant favoriser le développement d’un cancer (Cf. Prévention primaire).

    42Les changements dans la molécule d’ADN peuvent être minimes, ponctuels, causés par la substitution, l’ajout (insertion) ou l’effacement (la délétion) de bases au sein de l’ADN ; deux bases consécutives peuvent également s’associer sur un même brin d’ADN (formation d’un dimère) (Figure 8).

    43La conséquence de ces changements ponctuels sera la transmission par l’ADN d’un message erroné et la composition en acides aminés dans une protéine sera à son tour modifiée : ainsi un acide aminé pourra être remplacé par un autre. Or, le changement d’un seul acide aminé au sein d’une protéine peut la rendre inactive – de la même façon que le changement d’une lettre dans un mot peut changer totalement sa signification – par exemple délétion vs délation.

    44Si cette protéine est essentielle pour la cellule, son changement de conformation12 va modifier son fonctionnement, ce qui, dans certains cas, peut engendrer une maladie. La conséquence du changement d’un seul acide aminé par un autre se manifeste chez les personnes atteintes d’anémie falciforme (drépanocytose) qui affecte l’hémoglobine des hématies, la protéine qui assure le transfert de l’oxygène des poumons vers tous les organes du corps. Cette maladie génétique, la plus répandue dans le monde, est provoquée par le remplacement d’un seul acide aminé (l’acide glutamique) par un autre (valine). Les propriétés de l’hémoglobine sont modifiées ainsi que la morphologie des hématies qui ne transportent plus l’oxygène avec la même efficacité. Les malades atteints par la maladie souffrent d’anémie. Par contre, cette maladie protège du paludisme et explique sa persistance dans les zones touchées.

    Figure 8. Les différents types de mutations

    Quatre types différents de mutations ponctuelles peuvent intervenir : la substitution, une paire de nucléotides est remplacée par une autre (dans l’exemple proposé la paire de nucléotides GC est remplacé par la paire AT) ; la délétion, correspond à la disparition d’une paire de nucléotides (GC, dans l’exemple proposé) ; l’addition (ou insertion), se traduisant par l’ajout d’une paire de nucléotides dans la séquence d’ADN (ajout de la paire AT, dans l’exemple proposé) ; formation d’un dimère (association de deux bases consécutives sur un même brin d’ADN (T‑T, dans l’exemple proposé).

    45Outres les mutations ponctuelles, d’autres mutations impliquent des portions du chromosome et ces mutations peuvent prendre diverses formes : une perte (délétion) de la portion concernée, un doublement (duplication), un changement d’orientation du matériel génétique qui est orienté dans le sens inverse de la normale (inversion), un échange de segment entre deux chromosomes n’appartenant pas à la même paire (translocation) (Figure 9).

    Figure 9. Les mutations chromosomiques où un grand nombre de nucléotides sont impliqués

    Ces mutations se traduisent par : le dédoublement d’un segment de chromosome : duplication (Figure 9A) ; la perte d’un segment : délétion (Figure 9B) ; la séparation d’un segment de chromosome qui se retourne à 180° et se réinsère à sa position initiale : inversion (9C) ; un échange de matériel génétique entre deux chromosomes : translocation (9D).

    46Un exemple d’échange entre deux chromosomes est celui qui se met en place dans le cas des leucémies myéloïdes chroniques (LMC) où l’échange, la translocation, s’effectue entre les chromosomes 9 et 22 lequel, à la suite de cet échange, se trouve raccourci. Cette version raccourcie du chromosome 22 a été dénommée « chromosome de Philadelphie », portant le nom de la ville dans laquelle travaillait l’équipe de Janet Rowley à l’origine de la découverte. (Mukherjee, 2013 ; Alexandre, 2014 ; Tursz, 2013). Cette mutation aboutit à la juxtaposition de 2 gènes (Bcr‑abl ) qui se trouvent normalement à distance l’un de l’autre dans le génome. Le nouveau gène ainsi formé, qui n’existe pas dans une cellule normale, est un puissant oncogène13 : il déclenche une division cellulaire incontrôlée et une diminution de l’apoptose14 ou « mort cellulaire programmée » provoquant l’apparition de la leucémie. L’activité de ce gène conduit à la synthèse d’une nouvelle protéine qui est l’agent causal de la prolifération maligne des leucocytes dans la LMC. À partir de 1999, un nouveau médicament a été proposé aux patients, le Glivec, qui inhibe l’action de cette protéine. Il est le premier médicament anticancer ciblé sur une mutation spécifique, stoppant la prolifération et la division anarchique des cellules cancéreuses tout en épargnant les cellules saines, annonçant une nouvelle ère dans la médecine du cancer. Cette « thérapie ciblée » entraine dans la plupart des cas une rémission complète. D’une maladie quasi inéluctablement mortelle en l’absence d’allogreffe (le donneur est une personne différente du receveur) de cellules souches hématopoïétiques15, la LMC est presque devenue une maladie chronique. On peut rappeler les propos de Brian Drucker16 : « Mes patients étaient de ceux à qui on avait dit : “mettez de l’ordre dans vos affaires”. Ils allaient bientôt mourir. Aujourd’hui, (plus de dix ans plus tard), certains d’entre eux jouent avec leurs petits enfants. » Le patient a une vie « normale » s’il prend son médicament pour le reste de sa vie.

    47La plupart des mutations affectent les cellules somatiques (non sexuelles), et leur effet ne concerne que celui qui en est porteur ; de telles mutations ne sont pas transmises à la descendance. En revanche, d’autres mutations sont héréditaires. En effet, si une mutation affecte une cellule germinale (spermatozoïde, ovule), cette mutation peut être transmise aux descendants.

    Les mutations sont à la base de l’évolution des êtres vivants

    48Elles ne sont pas systématiquement synonymes de maladie.

    49À ce propos, soulignons que les mutations, ces petites variations génétiques aléatoires, sont à la base de l’évolution des êtres vivants car, en leur absence, ils ne seraient pas en mesure de s’adapter aux perpétuels changements de leur environnement. Les mutations apparaissent aléatoirement, au hasard, dans les cellules germinales produisant des individus se modifiant légèrement d’une génération à l’autre. Seuls ceux qui auront « les bonnes » mutations, qui seront le mieux adaptés à un environnement donné, à un instant donné, seront sélectionnés. Dotés d’avantages sélectifs de croissance qui les rendent plus aptes à survivre et à se reproduire dans ces nouvelles conditions environnementales, ils vont s’imposer progressivement au sein de la population tant que la pression de sélection sera maintenue. En accord avec la théorie de l’évolution proposée par Charles Darwin, la sélection qui s’opère est le fruit de deux mécanismes indépendants : la production au hasard de mutations stables et héréditaires, source de variabilité, et la sélection, qualifiée par Darwin de « sélection naturelle », des individus les mieux adaptés (Fortin et al., 2009 ; Zimmer, 2011 ; Hoquet, 2013).

    50Comme tout système vivant, les cellules cancéreuses sont soumises aux lois de la sélection naturelle (Degregori & Gatenby, 2019). Une succession d’altérations génétiques (qui modifient la séquence des gènes) et épigénétiques (qui modifient leur activité) s’accumulent aboutissant à une cellule cancéreuse qui va acquérir de nouvelles propriétés (Cf. Pourquoi les cellules cancéreuses sont‑elles si redoutables ?) qui lui permettront de se multiplier plus vite que les autres et de prendre l’avantage sur les cellules saines qu’elles supplanteront.

    Les systèmes de réparation et de protection du génome

    51Chaque jour, le génome est continuellement agressé et chaque cellule subit des milliers de lésions qui, pour la plupart, sont « corrigées ». Pour maintenir l’intégrité du génome, la cellule dispose de mécanismes de réparation très complexes, qui entrent en jeu « en réponse à des lésions ou à des erreurs de la séquence d’ADN » (Merlin, 2013).

    52Dans un premier temps, la cellule va chercher à maintenir des conditions physico‑chimiques stables même si l’environnement est instable. Par exemple, le rayonnement solaire ou la fumée de cigarette vont faire augmenter la concentration de composés réactifs qui peuvent endommager l’ADN ou les membranes ; la cellule va réagir en synthétisant des antidotes qui vont contrer ces composés perturbateurs.

    53Néanmoins, si la cellule devient incapable de corriger les dommages subis, trois évènements peuvent intervenir :

    • L’entrée en sénescence, qui correspond à « une détérioration de leur état physiologique, conduisant au déclin de leur survie/ou de leurs performances de reproduction » (Thomas, 2019).
    • L’élimination par notre système immunitaire, « ensemble de cellules, de tissus et d’organes dont la fonction est d’identifier, maîtriser et détruire les particules étrangères comme les bactéries ou les virus, ainsi que les cellules anormales, comme les cellules cancéreuses, avant qu’elles n’affectent notre organisme » (définition proposée par l’Institut national du cancer). Une cellule cancéreuse est une cellule anormale que le système immunitaire tentera d’éliminer.
    • Le déclenchement d’un mécanisme de « mort cellulaire programmée », appelé apoptose, au cours duquel les cellules s’autodétruisent, lorsque la cellule accumule trop d’anomalies génétiques.

    L’épigénétique17 : les facteurs environnementaux et comportementaux régulent l’action des gènes et contrôlent leur expression

    54Deux définitions de l’épigénétique, complémentaires, sont proposées. Pour Edith Heard18, l’épigénétique « désigne tout changement d’expression des gènes qui n’implique pas de changement dans la séquence ADN, qui est stable mais demeure réversible » (Heard, 2019). Ainsi, un gène peut être présent, mais inactif sans avoir subi une mutation, sans que sa séquence d’ADN soit modifiée. De plus, ces changements sont transmissibles (dans certains cas) et réversibles (contrairement aux mutations) (Heard, 2013). Cette définition peut être illustrée par le mécanisme de différenciation cellulaire qui s’opère au cours du développement ; chez l’homme, il existe 220 types de cellules distinctes qui contiennent toutes les mêmes gènes, toutes issues de la même cellule initiale, l’œuf fécondé par le spermatozoïde, et « un enchaînement vertigineux de divisions et différenciations cellulaires est déclenché pour former un nouvel individu » (Heard, 2013). Toutes les cellules sont potentiellement capables de donner les 220 types de cellules qui composent le corps humain. Bien que munies d’un programme génétique identique, les cellules se spécialisent et se différencient : seule une partie de leur ADN est utilisé, s’exprime, pour donner différents types de cellules de morphologie et fonction différentes (Delgado‑Morales & Romá‑Mateo, 2018), Par exemple, pour une cellule de la peau, parmi les 20 000 gènes présents, seuls les gènes responsables de cette fonction vont être actifs, vont s’exprimer ; les autres gènes sont présents, mais « éteints », ils ne s’expriment pas ; « chaque cellule exprime un répertoire différent des gènes. Le mécanisme qui contrôle ça, c’est l’épigénétique » (Ryan, 2009).

    55La deuxième définition proposée est celle de Joël de Rosnay pour qui l’épigénétique correspond à des « mécanismes d’activation ou d’inhibition des gènes, la modulation de leur expression par les comportements ou l’environnement » (de Rosnay, 2018).

    56Plusieurs exemples de changements épigénétiques existent chez les animaux et les végétaux. Chez les abeilles, des larves génétiquement identiques auront dans la ruche un rôle différent en fonction de la nourriture fournie : nourrie avec de la gelée royale, une larve deviendra reine ; nourrie avec du pollen ou du miel, elle sera une ouvrière. Chez les reptiles ovipares, la différenciation sexuelle dépend d’un paramètre environnemental, la température. Chez les tortues, au‑dessous d’une température d’incubation de 30 °C, l’œuf donne naissance à des mâles, au‑delà de cette température, ce sont des femelles qui naissent.

    57Chez l’homme, un exemple de l’impact de l’environnement et du mode de vie sur « l’expression de nos gènes » est celui des vrais jumeaux. Ils possèdent le même patrimoine génétique : ils sont issus de la fécondation d’un seul ovule par un unique spermatozoïde. S’ils sont séparés très tôt et mènent une existence différente, ils n’auront pas le même régime alimentaire, ne vivront pas dans le même environnement, etc. ; l’un pourra être obèse, l’autre rester mince ; l’un pourra développer une pathologie et l’autre non, etc. Ils ont les mêmes gènes, mais vont les utiliser de façon différente : les jumeaux auront « le même génotype », mais « un phénotype différent » (Purroy, 2018).

    98 % de l’ADN ne « code » pas des protéines : un ADN qualifié, à tort, d’ADN « poubelle »

    58Quelle est l’origine de ce changement dans l’expression des gènes pouvant être activés ou inhibés ? Le nombre de gènes « codants » les protéines (environ 20 000), ne représenterait que 2 % de tout l’ADN. Quel est le rôle de cet ADN correspondant au 98 % d’ADN non‑codant restants ? Il était initialement inconnu, sans utilité apparente, et cet ADN fut donc qualifié d’« ADN poubelle » (junk DNA) ; or, il est aujourd’hui clairement établi qu’il joue un rôle déterminant dans le fonctionnement de la cellule.

    59En effet, les 98 % restants de l’ADN sont le siège de mécanismes, qualifiés de mécanismes épigénétiques qui régulent l’action des gènes et agissent sur l’expression des 2 % de gènes codants, sans modifier leur séquence, ni leur structure (Cf. Prévention primaire). C’est‑à‑dire que l’activité des parties codantes de l’ADN (les 2 % contenant des messages permettant la synthèse des protéines) est sous le contrôle des parties non‑codantes (qui n’aboutissent pas à la synthèse de protéines) ; ainsi, certains gènes s’exprimeront (seront activés), d’autres seront inhibés (inactivés). Les processus épigénétiques « viennent en quelque sorte allumer ou éteindre des gènes, mais sans les changer » (Thomas, 2019). L’ensemble des régions d’ADN non‑codantes, qui déterminent les processus épigénétiques constitue l’épigénome.

    60Il a été démontré que les mécanismes épigénétiques sont sous le contrôle de :

    • l’environnement, c’est‑à‑dire l’ensemble des facteurs physiques (température, intensité lumineuse, etc.), chimiques (l’air que nous respirons), biologiques (les espèces qui nous entourent), auxquels nous sommes exposés, ainsi que l’environnement social et culturel dans lequel nous vivons ;
    • notre mode de vie, c’est‑à‑dire le choix ou le refus de consommer du tabac, de l’alcool, les stress que nous subissons, ce que nous mangeons, les émotions que nous éprouvons, l’absence ou la pratique d’exercice physique, les relations que nous établissons avec notre entourage.

    61Ces facteurs environnementaux et comportementaux vont modifier l’expression des gènes dont nous avons hérité à la naissance, sans modifier leur séquence, leur structure, sans provoquer de mutations. L’information génétique reste strictement la même, mais elle n’est pas « lue » de la même façon.

    L’épigénétique crée l’espoir que nous pouvons échapper à la fatalité de notre code génétique

    62L’épigénétique nous fait sortir du déterminisme implacable imposé par nos gènes : nous avons, par notre mode de vie, un certain pouvoir sur l’expression de nos gènes. (de Rosnay, 2018 ; de Rosnay et al., 2018 ; Giacobino, 2018 ; Mansuy et al., 2019), L’étude des mécanismes épigénétiques bouleverse notre compréhension de l’hérédité ; à une hérédité génétique s’ajoute une hérédité épigénétique. Ainsi, nous ne sommes pas que le produit de nos gènes, notre destin n’est pas intégralement inscrit dans nos gènes. C’est la fin du tout génétique (Atlan, 1999) : autrement dit, il n’est plus possible de concevoir et d’expliquer la vie et son évolution seulement par la génétique. En d’autres termes, ce qui est transmis par nos géniteurs, l’inné, est influencé par ce qui est acquis au cours de la vie, l’acquis. L’inné et l’acquis interagissent et sont inséparables : « le génome et l’épigénome agissent de concert19 » (Figure 10).

    Figure 10. Le flux circulaire de l’information biologique

    L’ADN, via l’ARN, donne les informations pour construire les protéines. Francis Crick appela ce flux d’information « le dogme central » de l’information biologique. Les protéines rendent possible la construction, le développement et le fonctionnement des organismes. Les organismes par leur mode de vie et leur environnement (physique, chimique, social), via leur épigénome, vont agir sur l’expression des informations inscrites dans le génome. Le flux de l’information est circulaire, génome et épigénome sont indissociables et agissent de concert.

    Redessinée et modifiée d’après Mukherjee, 2017

    63Un exemple de cette complémentarité entre l’inné et l’acquis est donné par le développement de notre cerveau. Nous naissons avec un cerveau inachevé (ce qui est inné) ; il poursuit son développement hors du corps de la mère, où il va interagir avec l’environnement, le mode de vie (ce qui sera acquis) : « Grâce à ce décalage dans le développement, le cerveau s’affranchit grandement de la dictature des gènes, pour se développer en fonction de notre culture » (Mattei, 2017).

    64L’épigénétique crée l’espoir que « nous pouvons échapper à la fatalité de notre destin génétique » (Heard, 2016) et que « nous sommes “plus” que la séquence de nos gènes » (Heard, 2013). Par notre mode de vie nous pouvons, en partie, agir sur l’expression de nos gènes. Pouvons‑nous pour autant « en agissant par nous‑mêmes sur notre code ADN, devenir maîtres de notre avenir médical » (Deray, 2018) ? Peut‑on se libérer de ses gènes (Giacobino, 2018) ? Peut‑on « manipuler nos gènes nous‑mêmes… changer son destin génétique » (de Rosnay et al., 2018) ?

    65De telles assertions devraient être, pour le moins, tempérées car, d’une part « la compréhension de notre épigénome a besoin de la compréhension de notre génome », et d’autre part, si les gènes n’expliquent pas tout, « c’est bien le code génétique qui décide de lire ou de ne pas lire certains gènes » (Heard, 2019). Ne seront exprimées ou réprimées que les informations inscrites dans le génome.

    66L’épigénéticien Thomas Jenuwein, de l’Institut Max Planck, propose une métaphore pour illustrer la différence entre génétique et épigénétique : « On peut sans doute comparer la distinction entre la génétique et l’épigénétique à la différence entre l’écriture d’un livre et sa lecture. Une fois que le livre est écrit, le texte (les gènes ou l’information stockée sous forme d’ADN) seront les mêmes dans tous les exemplaires distribués au public. Cependant, chaque lecteur d’un livre donné aura une interprétation légèrement différente de l’histoire, qui suscitera en lui des émotions et des projections personnelles au fil des chapitres. D’une manière très comparable, l’épigénétique permettrait plusieurs lectures d’une matrice fixe (le livre ou le code génétique), donnant lieu à diverses interprétations, selon les conditions dans lesquelles on interroge cette matrice20. »

    Notes de bas de page

    1James D. Watson et al., Biologie moléculaire du gène, Paris, Pearson Education, 2009.

    2Christian de Duve, À l’écoute du vivant, Paris, Odile Jacob, collection « Sciences », 2005.

    3S. Mukherjee, Il était une fois le gène, Paris, Flammarion, 2017.

    4Une tumeur est une « grosseur plus ou moins volumineuse due à une multiplication excessive de cellules normales (tumeur bénigne) ou anormales (tumeur maligne). Les tumeurs bénignes (comme par exemple les grains de beauté, les verrues…) se développent de façon localisée sans altérer les tissus voisins, ce n’est pas un cancer ; contrairement à une tumeur maligne, elle se développe lentement localement, sans produire de métastases, et ne récidive pas si elle est enlevée complètement. Les tumeurs malignes (amas de cellules cancéreuses) ont tendance à envahir les tissus voisins et à migrer dans d’autres parties du corps, produisant des métastases », INCa.

    5Processus par lequel une cellule se spécialise et acquiert des caractères spécifiques. Par exemple, un neurone transmettra l’influx nerveux ; les globules rouges seront chargés de transporter de l’oxygène, etc.

    6Le micromètre est égal à un millième de millimètre.

    7Lauréate du prix Nobel de médecine en 2009, associée à Carol Greider et Jack Szostak.

    8Le séquençage est la détermination de l’ordre linéaire des composants de l’ADN, c’est-à-dire l’ordre dans lequel se suivent les bases qui composent l’ADN – ou un fragment de l’ADN – d’un organisme.

    9« Il n’existe pas un cancer par organe, mais une multitude de sous-types de cancers présentant chacun des anomalies particulières au sein des cellules cancéreuses et de leur environnement. Les traitements de médecine de précision visent à bloquer ou corriger ces perturbations en ciblant les anomalies moléculaires qui en sont responsables. La médecine de précision, également appelée médecine personnalisée, a ainsi pour objectif de proposer au patient un traitement adapté aux anomalies de sa tumeur. Elle repose actuellement sur deux types de traitements, les thérapies ciblées et l’immunothérapie spécifique ». (Médecine de précision : thérapies ciblées et immunothérapie spécifique, INCa et ouvrages de Vignot & Soria, 2008 ; Ghiringhelli & Vivier, 2018 ; Vivier et Daëron, 2018).

    10Comité consultatif national d’éthique, avis no 124, p. 9.

    11L’ARN messager – copie transitoire d’une région de l’ADN – a été découvert en 1961 par deux chercheurs français, François Jacob et Jacques Monod, à l’Institut Pasteur ; ces deux chercheurs recevront le prix Nobel de médecine en 1965 pour cette découverte.

    12Terme qui désigne la forme tridimensionnelle d’une protéine.

    13C’est un gène normal qui a subi une mutation : son expression génétique est anormale et favorise la survenue d’un cancer (Cf. Transformation d’une cellule saine en cellule cancéreuse).

    14L’apoptose est un mécanisme intrinsèquement programmé au cours duquel les cellules s’autodétruisent, lorsqu’elles accumulent trop d’anomalies génétiques. Ce mécanisme permet l’élimination des cellules inutilisables, indésirables ou potentiellement nocives. L’inhibition de l’apoptose est une des causes de prolifération anarchique et anormalement élevée des cellules cancéreuses. L’apoptose intervient également dans le développement embryonnaire.

    15Les cellules souches hématopoïétiques sont fabriquées par la moelle osseuse et sont à l’origine des différentes cellules du sang : les globules rouges, les globules blancs et les plaquettes. Dans certains cas, on peut proposer un traitement avec greffe de cellules souches hématopoïétiques. Les cellules souches greffées proviennent soit d’un prélèvement de moelle osseuse, elles s’appellent alors cellules souches médullaires, soit d’un prélèvement dans le sang et, dans ce cas, on parle de cellules souches périphériques. (Greffes de cellules souches hématopoïétiques, INCa).

    16Brian Drucker, en collaboration avec Nicholas Lydon et Charles Sawyers, a mis au point le Glivec.

    17L’épigénétique est un terme inventé en 1942 par le biologiste écossais Conrad Hal Waddington, pour désigner « la science qui étudie l’ensemble des processus chimiques qui modifient l’activité de l’ADN sans altérer sa séquence ». Depuis le séquençage du génome humain, la notion d’épigénétique a évolué.

    18Professeur au Collège de France et directrice générale de l’European Molecular Biology Laboratory.

    19Comité consultatif national d’éthique, avis no 124, p. 14.

    20Cf. site : <http://epigenome.eu>.

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    1James D. Watson et al., Biologie moléculaire du gène, Paris, Pearson Education, 2009.

    2Christian de Duve, À l’écoute du vivant, Paris, Odile Jacob, collection « Sciences », 2005.

    3S. Mukherjee, Il était une fois le gène, Paris, Flammarion, 2017.

    4Une tumeur est une « grosseur plus ou moins volumineuse due à une multiplication excessive de cellules normales (tumeur bénigne) ou anormales (tumeur maligne). Les tumeurs bénignes (comme par exemple les grains de beauté, les verrues…) se développent de façon localisée sans altérer les tissus voisins, ce n’est pas un cancer ; contrairement à une tumeur maligne, elle se développe lentement localement, sans produire de métastases, et ne récidive pas si elle est enlevée complètement. Les tumeurs malignes (amas de cellules cancéreuses) ont tendance à envahir les tissus voisins et à migrer dans d’autres parties du corps, produisant des métastases », INCa.

    5Processus par lequel une cellule se spécialise et acquiert des caractères spécifiques. Par exemple, un neurone transmettra l’influx nerveux ; les globules rouges seront chargés de transporter de l’oxygène, etc.

    6Le micromètre est égal à un millième de millimètre.

    7Lauréate du prix Nobel de médecine en 2009, associée à Carol Greider et Jack Szostak.

    8Le séquençage est la détermination de l’ordre linéaire des composants de l’ADN, c’est-à-dire l’ordre dans lequel se suivent les bases qui composent l’ADN – ou un fragment de l’ADN – d’un organisme.

    9« Il n’existe pas un cancer par organe, mais une multitude de sous-types de cancers présentant chacun des anomalies particulières au sein des cellules cancéreuses et de leur environnement. Les traitements de médecine de précision visent à bloquer ou corriger ces perturbations en ciblant les anomalies moléculaires qui en sont responsables. La médecine de précision, également appelée médecine personnalisée, a ainsi pour objectif de proposer au patient un traitement adapté aux anomalies de sa tumeur. Elle repose actuellement sur deux types de traitements, les thérapies ciblées et l’immunothérapie spécifique ». (Médecine de précision : thérapies ciblées et immunothérapie spécifique, INCa et ouvrages de Vignot & Soria, 2008 ; Ghiringhelli & Vivier, 2018 ; Vivier et Daëron, 2018).

    10Comité consultatif national d’éthique, avis no 124, p. 9.

    11L’ARN messager – copie transitoire d’une région de l’ADN – a été découvert en 1961 par deux chercheurs français, François Jacob et Jacques Monod, à l’Institut Pasteur ; ces deux chercheurs recevront le prix Nobel de médecine en 1965 pour cette découverte.

    12Terme qui désigne la forme tridimensionnelle d’une protéine.

    13C’est un gène normal qui a subi une mutation : son expression génétique est anormale et favorise la survenue d’un cancer (Cf. Transformation d’une cellule saine en cellule cancéreuse).

    14L’apoptose est un mécanisme intrinsèquement programmé au cours duquel les cellules s’autodétruisent, lorsqu’elles accumulent trop d’anomalies génétiques. Ce mécanisme permet l’élimination des cellules inutilisables, indésirables ou potentiellement nocives. L’inhibition de l’apoptose est une des causes de prolifération anarchique et anormalement élevée des cellules cancéreuses. L’apoptose intervient également dans le développement embryonnaire.

    15Les cellules souches hématopoïétiques sont fabriquées par la moelle osseuse et sont à l’origine des différentes cellules du sang : les globules rouges, les globules blancs et les plaquettes. Dans certains cas, on peut proposer un traitement avec greffe de cellules souches hématopoïétiques. Les cellules souches greffées proviennent soit d’un prélèvement de moelle osseuse, elles s’appellent alors cellules souches médullaires, soit d’un prélèvement dans le sang et, dans ce cas, on parle de cellules souches périphériques. (Greffes de cellules souches hématopoïétiques, INCa).

    16Brian Drucker, en collaboration avec Nicholas Lydon et Charles Sawyers, a mis au point le Glivec.

    17L’épigénétique est un terme inventé en 1942 par le biologiste écossais Conrad Hal Waddington, pour désigner « la science qui étudie l’ensemble des processus chimiques qui modifient l’activité de l’ADN sans altérer sa séquence ». Depuis le séquençage du génome humain, la notion d’épigénétique a évolué.

    18Professeur au Collège de France et directrice générale de l’European Molecular Biology Laboratory.

    19Comité consultatif national d’éthique, avis no 124, p. 14.

    20Cf. site : <http://epigenome.eu>.

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    Bertrand, Jean-Claude. « Le cancer, une maladie génétique de la cellule ». In Cancer. Le citoyen informé acteur de sa prévention. Aix-en-Provence: Presses universitaires de Provence, 2023. https://doi.org/10.4000/14251.
    Bertrand, Jean-Claude. « Le cancer, une maladie génétique de la cellule ». Cancer. Le citoyen informé acteur de sa prévention, Presses universitaires de Provence, 2023, https://doi.org/10.4000/14251.

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