Épigénétique du développement

Comment les modèles héréditaires d'expression génique — établis par la méthylation de l'ADN, la modification des histones et l'état de la chromatine — sont établis et maintenus à mesure que les cellules acquièrent et conservent leur identité.

Definition

L'épigénétique du développement est l'étude des changements héréditaires dans l'expression génique qui n'altèrent pas la séquence de l'ADN — médiés par la méthylation de l'ADN, les modifications des histones et l'organisation de la chromatine — et qui établissent et maintiennent les états d'expression génique sous-jacents à l'identité cellulaire.

Scope

Cette thématique aborde les mécanismes épigénétiques qui stabilisent les états d'expression génique au cours du développement : la méthylation de l'ADN, les modifications des histones, le remodelage de la chromatine et le maintien des profils d'expression à travers les divisions cellulaires. Elle traite de l'empreinte génomique, de l'inactivation du chromosome X et du rôle des systèmes Polycomb et Trithorax dans le maintien des états réprimés et actifs, ainsi que de la reprogrammation épigénétique dans la lignée germinale et l'embryon précoce.

Core questions

• Comment les états d'expression génique spécifiques à un type cellulaire sont-ils rendus héréditaires à travers les divisions cellulaires ?
• Comment la méthylation de l'ADN et les modifications des histones marquent-elles les gènes comme actifs ou silencieux ?
• Comment des phénomènes tels que l'empreinte et l'inactivation du chromosome X apparaissent-ils épigénétiquement ?
• Comment l'épigénome est-il reprogrammé dans la lignée germinale et l'embryon précoce ?

Key concepts

• Méthylation de l'ADN
• Modifications des histones et remodelage de la chromatine
• Systèmes de maintien Polycomb et Trithorax
• Empreinte génomique et inactivation du chromosome X
• Reprogrammation épigénétique dans la lignée germinale

Key theories

Mémoire cellulaire via les états de la chromatine

Une fois qu'un programme d'expression génique est établi, les marques basées sur la chromatine maintenues par les systèmes Polycomb et Trithorax préservent les états réprimés et actifs à travers la division, fournissant une mémoire cellulaire qui maintient l'identité d'une cellule stable sans instruction supplémentaire.

Mechanisms

Les états d'expression génique au cours du développement sont renforcés par des modifications de l'ADN et de la chromatine. La méthylation de l'ADN marque généralement les gènes pour un silençage stable, tandis que des combinaisons de modifications des histones étiquettent les gènes comme actifs ou réprimés et recrutent la machinerie qui maintient ces états. Les protéines du groupe Polycomb maintiennent les gènes du développement réprimés et les protéines du groupe Trithorax les maintiennent actifs, et les deux systèmes propagent leurs marques à travers les divisions cellulaires pour assurer une mémoire cellulaire. Des processus épigénétiques spécialisés établissent une expression spécifique à l'origine parentale (empreinte génomique) et réduisent au silence un chromosome X chez les femelles (inactivation du chromosome X). Dans la lignée germinale et l'embryon précoce, une grande partie de l'épigénome est effacée et rétablie, réinitialisant le potentiel de développement entre les générations.

Clinical relevance

Une régulation épigénétique perturbée est à l'origine de troubles de l'empreinte et contribue au cancer et à d'autres maladies, et la reprogrammation épigénétique est essentielle aux technologies des cellules souches et du clonage. Cette entrée est à visée éducative et ne fournit pas de conseils cliniques.

History

Waddington a inventé le terme épigénétique pour décrire comment les gènes donnent naissance à l'organisme développé. La découverte de l'inactivation du chromosome X et, plus tard, la caractérisation moléculaire de la méthylation de l'ADN et des marques d'histones ont donné au domaine ses fondements mécanistiques.

Key figures

• Conrad Waddington
• Mary Lyon

Seminal works

• gilbert2016
• wolpert2015

Frequently asked questions

Que signifie épigénétique dans le contexte du développement ?

Cela fait référence à des changements héréditaires par lesquels les gènes sont activés ou désactivés sans modifier la séquence de l'ADN, réalisés par des marques chimiques sur l'ADN et les protéines qui l'empaquettent.

Comment les cellules se souviennent-elles de leur identité ?

Les marques basées sur la chromatine maintenues à travers la division cellulaire agissent comme une mémoire cellulaire, maintenant les bons gènes activés ou désactivés afin qu'une cellule et ses descendants conservent leur identité établie.