Achèteriez-vous un livre dont plus de 98% du texte est écrit en charabia? La biologie n’a pas d’activité dans l’industrie du livre, mais elle écrit toujours un guide assez fascinant: l’ADN. Notre manuel génétique contient les instructions pour les protéines qui composent et alimentent notre corps. Mais moins de 2% de notre ADN les code réellement.
Le reste — 98,5% des séquences d’ADN — est ce qu’on appelle « l’ADN indésirable” que les scientifiques ont longtemps pensé inutile. Les étirements non codants pour les protéines ressemblaient à des phrases de charabia dans un brouillon de livre — une écriture inutile, peut-être oubliée. Mais de nouvelles recherches révèlent que les parties ”junky » de notre génome pourraient néanmoins jouer un rôle important.
Mots sans signification
La nature a une manière particulière d’écrire. Notre script génétique utilise seulement quatre lettres: A, G, C et T. De longues combinaisons de ces lettres composent nos gènes, qui informent la construction des protéines. Mais le processus de fabrication des protéines n’est pas aussi simple que la lecture d’une recette de cuisine. Avant de rassembler les protéines, l’ADN est transcrit en fils d’ARN qui sont coupés et réassemblés en petits morceaux.
Pendant le hachage, les étirements non codants — les déchets – sont jetés, ce qui signifie qu’ils ne s’habituent même pas à fabriquer des protéines. Pourquoi la nature contient autant de matériel apparemment inutile dans son guide est une question que les chercheurs continuent de réfléchir. L’explication la plus logique est que cet « ADN indésirable” n’est peut-être pas si inutile après tout.
Fonctions pour l’inutile
Près d’une décennie après l’achèvement du Projet sur le génome humain, qui nous a donné la première lecture complète de notre script génétique au début du siècle, une équipe de plus de 400 scientifiques a publié ce qu’ils ont appelé l’Encyclopédie des éléments de l’ADN, ou ENCODER pour faire court. La collaboration internationale a exploré la fonction de chaque lettre du génome. Les résultats de l’entreprise massive ont appelé à une réévaluation de l’ADN indésirable. Bien que moins de deux pour cent du génome fabrique des protéines, environ 80 pour cent remplissent une sorte de fonction.
Ce qui entrait dans la définition de fonctionnalité d’ENCODE était cependant assez large. Toute « activité biochimique » était équitable — être transcrit en ARN, même s’il était haché plus tard dans le processus, qualifiait les séquences de fonctionnelles. Mais de nombreuses sections « indésirables » ont des rôles importants, notamment la régulation de la façon dont l’ADN est transcrit et traduit à partir de là en protéines. Si les séquences codantes en protéines sont les notes d’une symphonie, certaines séquences non codantes agissent comme le chef d’orchestre, influençant le rythme et les répétitions du chef-d’œuvre.
Mais tous les morceaux d’ADN indésirable ne pourraient pas avoir une utilité fonctionnelle. Dans une étude publiée dans Molecular Biology of the Cell en 2008, les scientifiques ont nettoyé l’ADN indésirable du génome de la levure. Pour des gènes particuliers, ils se sont débarrassés des introns — les sections qui sont coupées après la transcription de l’ADN. Ils ont rapporté que l’élimination de l’intron n’avait pas de conséquences significatives pour les cellules dans des conditions de laboratoire, soutenant l’idée qu’elles n’avaient aucune fonction.
Mais les études publiées dans Nature cette année ont soutenu le contraire. Lorsque la nourriture est rare, les chercheurs ont découvert que ces séquences sont essentielles à la survie de la levure. L’utilité de ces introns pourrait dépendre du contexte, soutiennent ces études — encore loin d’être de la camelote.
Ordure utile
D’autres avancées de la recherche au cours de la dernière décennie suggèrent également que « l’ADN indésirable” pourrait simplement être un matériel génétique mal compris. Les scientifiques ont maintenant lié diverses séquences non codantes à divers processus biologiques et même à des maladies humaines. Par exemple, les chercheurs pensent que ces séquences sont à l’origine du développement de l’utérus et également de nos pouces opposables. Une étude publiée dans Annals of Oncology l’année dernière a montré qu’un segment d’ADN non codant agit comme un bouton de volume pour l’expression des gènes, influençant finalement le développement du cancer du sein et de la prostate. Et une étude dans Nature Genetics cette année a révélé que des mutations en dehors des régions codant les gènes peuvent causer l’autisme.
L’exploration du rôle des séquences non codantes est maintenant un domaine de recherche intense. De plus en plus de preuves suggèrent que ces séquences non codantes pourraient aider à vaincre le traitement du cancer, et les experts les considèrent maintenant comme des outils prometteurs pour le diagnostic du cancer.
Malgré le nombre de fonctions maintenant attribuées à l’ADN indésirable, certains chercheurs pensent toujours que la majeure partie du code génétique est inutile. Dan Graur, biologiste de l’évolution à l’Université de Houston, pense qu’au moins 75% de celui-ci n’a aucune fonction.
Pour trouver le nombre, Graur a utilisé une modélisation mathématique pour déterminer la quantité d’ADN qui pourrait être utile. Il a considéré la fréquence des mutations délétères — des changements nocifs ou des ruptures de la double hélice — que notre génome acquiert avec le temps, ainsi que les taux de fertilité. Parce que ces mutations peuvent être mortelles, Graur estime dans un article de 2017 dans Genome Biology and Evolution que pas plus d’un quart de notre code génétique ne peut être fonctionnel — pas plus et nous accumulerions des mutations mortelles à un rythme insoutenable.
Des questions et de nombreux débats demeurent autour de l’ADN indésirable. Si Graur a raison, une grande partie pourrait simplement être des pages à gratter qui protègent les éléments utiles des mutations. Mais ce n’est pas si minable pour un matériel junky, n’est-ce pas?