Mutations : moteur de biodiversité
Les mutations sont des altérations permanentes d’une ou de plusieurs bases azotées d’une séquence d’ADN. Ces changements génétiques peuvent ne pas avoir de conséquences sur l’organisme, être néfastes ou bénéfiques.
Les mutations arrivent toujours au hasard dans la séquence d’ADN. Cependant, celles qui sont bénéfiques lui donnent de meilleures chances de survie et ont donc plus de chances d’être transmises à la génération suivante. C’est de cette manière que les espèces évoluent et s’adaptent aux changements de leur environnement.
Les mutations qui n’affectent qu’une seule base azotée sont très courantes. Il s’agit de mutations ponctuelles. On les regroupe en trois catégories :
| Mutations ponctuelles | Sont très courantes, impliquent une seule paire de bases azotées. |
| Substitution | Une base azotée est remplacée par une autre. |
| Insertion | Une base azotée supplémentaire est insérée dans la séquence d’ADN. |
| Délétion | Une base est supprimée de la séquence d’ADN. |
- Les substitutions conduisent à un potentiel changement d’acide aminé dans la protéine codée.
- Les insertions et les délétions créent des décalages de cadre en entraînant un changement de la façon dont les codons sont lus, perturbant ainsi la séquence d’acides aminés et produisant souvent une protéine non fonctionnelle.
On précise la description des mutations en spécifiant l’effet produit.
| Mutations silencieuses | N’induisent aucun changement dans la protéine finale. Cela est dû au fait qu’un acide aminé peut être codé par différents codons. |
| Mutations non-sens | Induisent la création d’un codon-stop prématuré. Les protéines sont alors incomplètes et généralement non fonctionnelles. |
| Mutations sans-sens | Induisent un changement d’acide aminé dans la protéine finale. |
| Autres types de mutations | Impliquent plus d’une paire de bases azotées |
| Mutations de répétition en tandem | Augmentation ou diminution du nombre de répétitions d’une séquence spécifique de bases azotées. |
| Réarrangements chromosomiques | Changements dans la structure des chromosomes qui peuvent perturber la fonction normale des gènes en les plaçant sous le contrôle de régulateurs inappropriés ou en altérant leur expression génique. |
- Défaillance dans des mécanismes naturels de réparation de l’ADN.
- Exposition à des agents mutagènes tels que les produits chimiques toxiques (par exemple ceux contenus dans les cigarettes), certains virus et les rayonnements UV du soleil.
- Erreurs lors de la réplication de l’ADN ou lors de la recombinaison génétique qui se produit lors de la formation de cellules sexuelles.
Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi avec l’âge nos cheveux grisonnent, notre peau se ride et notre corps devient plus vulnérable aux maladies?
Beaucoup croient à tort que le vieillissement ne se manifeste qu’en surface. Pourtant, certains des changements les plus importants se produisent au plus profond de nos cellules, là où se trouve notre ADN. L’ADN contient le code génétique, c’est-à-dire les instructions permettant de fabriquer les protéines essentielles au fonctionnement de chaque cellule, qu’il s’agisse d’une cellule de la peau, d’un muscle ou d’un neurone. Mais au fil du temps, ces instructions génétiques peuvent être altérées, perturbant ainsi progressivement le fonctionnement normal des cellules.
Les sources des dommages à l’ADN
Bien que notre ADN soit protégé à l’intérieur du noyau cellulaire, il est constamment soumis à diverses agressions. Chaque jour, il est exposé à des facteurs environnementaux comme les rayons ultraviolets, la pollution et certaines substances toxiques. Cependant, les menaces ne proviennent pas uniquement de l’extérieur. Les processus métaboliques normaux qui produisent l’énergie nécessaire à notre organisme, notamment la respiration cellulaire, génèrent des sous-produits appelés espèces réactives de l’oxygène (ERO). Ces molécules instables peuvent s’accumuler et provoquer un stress oxydatif, susceptible d’endommager l’ADN, les protéines et d’autres éléments cellulaires.
Dommages à l’ADN et mécanismes de réparation
Heureusement, nos cellules ont développé des systèmes de réparation de l’ADN extrêmement efficaces. Ces mécanismes agissent comme des correcteurs, repérant les « erreurs » que constituent les dommages à l’ADN, afin de les corriger avant qu’elles ne deviennent problématiques. Toutefois, comme toute équipe de réparation, ils ne sont pas infaillibles. Il arrive que certains dommages échappent à la réparation ou soient réparés de façon incorrecte. Cela peut entraîner des mutations, à savoir des modifications permanentes de la séquence d’ADN. À mesure que les cellules vieillissent, les dommages à l’ADN s’accumulent et les mécanismes de réparation deviennent moins performants. Les mutations peuvent alors devenir plus fréquentes. Bien que beaucoup d’entre elles soient sans conséquence, certaines peuvent perturber des fonctions cellulaires essentielles et contribuer au développement de maladies telles que le cancer ou certaines maladies cardiovasculaires.
Les télomères : un compte à rebours pour la réplication cellulaire
L’ADN est organisé en chromosomes, dont les extrémités sont constituées de régions appelées télomères. Ceux-ci agissent comme des capuchons protecteurs qui empêchent les chromosomes de se détériorer ou de fusionner entre eux.
Cependant, chaque fois qu’une cellule se divise, les télomères raccourcissent légèrement. En effet, le mécanisme normal de réplication de l’ADN ne peut pas copier complètement les extrémités des chromosomes. Ainsi, au fil du temps et des divisions cellulaires, les télomères perdent progressivement une partie de leur séquence d’ADN.
Ce raccourcissement rend les chromosomes plus fragiles et plus vulnérables aux dommages. Lorsque les télomères deviennent trop courts, les cellules entrent souvent dans un état dit de sénescence, au cours duquel elles cessent de se diviser. Ces cellules sont parfois surnommées des « cellules zombies », car elles restent vivantes tout en cessant de fonctionner correctement.
Que deviennent ces « cellules zombies »?
Les recherches démontrent que ces cellules demeurent métaboliquement actives et continuent de sécréter des molécules inflammatoires. Celles-ci peuvent endommager les cellules voisines et contribuer progressivement à la détérioration du fonctionnement des tissus.
Au cours des dernières années, les chercheurs et chercheuses ont mis en évidence le rôle majeur de ces cellules dans le déclin associé au vieillissement. Chez la souris, des médicaments dits sénolytiques ont été utilisés pour éliminer sélectivement les cellules sénescentes. Dans des modèles expérimentaux, cette approche a permis d’améliorer la fonction musculaire, la santé vasculaire et même certains aspects du vieillissement cérébral.
Le vieillissement de l’ADN dans le cerveau
L’impact des dommages à l’ADN est particulièrement important dans le cerveau, car les neurones cessent de se diviser peu après la naissance et doivent durer toute une vie humaine.
Comme ils ne peuvent pas être remplacés, les neurones sont particulièrement sensibles à l’accumulation de dommages à l’ADN. Au fil des décennies, les lésions non réparées peuvent s’accumuler et finissent par réduire leur capacité à maintenir leur structure, à communiquer efficacement et à assurer des fonctions cognitives essentielles telles que la mémoire et la réflexion.
Cette réalité est particulièrement pertinente dans les maladies neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson. On pense que des systèmes de réparation de l’ADN défaillants combinés à une instabilité accrue du génome contribueraient au dysfonctionnement et à la perte des neurones observés dans ces maladies.
Peut-on ralentir le vieillissement pour améliorer la santé?
L’un des grands objectifs de la biologie moderne est de déterminer s’il est possible de ralentir, voire d’inverser partiellement, certains aspects du vieillissement afin d’améliorer la santé et de réduire le risque de maladie. Pour y parvenir, les scientifiques étudient les mécanismes de réparation de l’ADN, le rôle protecteur des télomères et les facteurs qui pourraient expliquer pourquoi certaines personnes restent en bonne santé jusqu’à un âge très avancé.
On s’intéresse également à des espèces exceptionnellement longévives, comme le requin du Groenland et la baleine boréale, qui présentent une résistance remarquable au déclin lié au vieillissement.
Dans des expériences récentes particulièrement marquantes, on a utilisé un ensemble de protéines nommées facteurs de Yamanaka afin de reprogrammer partiellement des cellules vieillissantes. Ceux-ci agissent comme un « bouton de réinitialisation » cellulaire, permettant de restaurer des profils d’activité génétique plus jeunes sans modifier la séquence d’ADN elle-même. Chez l’animal, cette approche a permis d’inverser certains signes du vieillissement et d’améliorer diverses fonctions, notamment la vision et la force musculaire.
Cette recherche a franchi une étape importante en janvier 2026 avec l’autorisation du premier essai clinique chez l’humain portant sur une thérapie de rajeunissement cellulaire. Le traitement expérimental ER-100 utilise les mêmes facteurs de Yamanaka afin de restaurer la fonction de cellules rétiniennes endommagées chez des personnes atteintes de certaines maladies oculaires. Bien que cet essai vise principalement à évaluer l’innocuité du traitement, son succès pourrait permettre à certains patients et patientes de récupérer une partie de la vision perdue.
Pourquoi cette recherche est-elle importante?
Alors que la population mondiale vieillit, un nombre croissant de personnes risque de développer une maladie liée à l’âge. La recherche joue donc un rôle essentiel pour nous aider à comprendre comment mieux gérer l’usure biologique qui s’accumule au fil du temps.
En étudiant les dommages à l’ADN, les mécanismes de réparation et le vieillissement cellulaire, les chercheurs et chercheuses explorent de nouvelles stratégies thérapeutiques susceptibles de traiter simultanément plusieurs maladies chroniques. L’objectif est d’améliorer durablement la santé et la qualité de vie des populations vieillissantes.
Maisha Maliha Promi
Chercheuse au doctorat
Laboratoire de Jeremy Van Raamsdonk
Institut de recherche du Centre universitaire de santé McGill (IR-CUSM)
Le cancer
Le cancer est une maladie caractérisée par la croissance incontrôlée de cellules anormales dans le corps. Les mutations génétiques qui en sont souvent à l’origine changent les mécanismes qui contrôlent le cycle cellulaire et l’apoptose (la mort programmée des cellules), permettant aux cellules de proliférer de manière incontrôlée sans mourir. Les cellules entrent donc sans cesse en division cellulaire et forment des tumeurs qui peuvent ensuite envahir les tissus du corps et causer du tort.
Comprendre les mécanismes de mutations est donc essentiel dans la recherche contre le cancer. En identifiant les types spécifiques de mutations présentes dans les cellules cancéreuses et en comprenant leurs causes, les équipes de recherche peuvent développer des méthodes ciblées pour lutter contre les différents types de cancer.
L’étude des mutations génétiques a des implications importantes dans de nombreux autres domaines, comme l’évolution, la biologie du développement et la recherche sur les maladies héréditaires.
Les mutations et l’évolution
L’importance des mutations dans l’évolution réside dans leur capacité à générer de la diversité génétique. Lorsqu’une mutation survient, elle crée une nouvelle version unique d’un gène. Si cette mutation se retrouve dans une cellule sexuelle, alors elle pourra alors être transmise à la descendance.
Lorsque des mutations favorables confèrent un avantage à un organisme dans son environnement spécifique, celui-ci a plus de chances de survivre et de se reproduire avec succès. Ainsi, au fil des générations, la fréquence d’une mutation favorable augmentera dans la population. C’est le mécanisme de la sélection naturelle; un concept clé dans la théorie de l’évolution de Charles Darwin.
D’un autre côté, les mutations qui peuvent être néfastes à la survie d’un organisme auront tendance à être éliminées au fil du temps par la sélection naturelle, car les individus porteurs de ces mutations auront moins de chances de se reproduire et de transmettre ces mutations à leur descendance.
La durée des générations est aussi un facteur important dans la capacité d’un organisme à s’adapter à un environnement qui change. Les organismes qui ont un cycle de vie plus court ont le potentiel d’évoluer plus vite, car ils ont plus de possibilités de générer des descendants portant les mutations avantageuses.
Ainsi, le lien entre l’évolution et les mutations réside dans le fait que les mutations sont créatrices de diversité génétique, alors que la sélection naturelle agit comme un « filtre », favorisant la propagation des mutations bénéfiques et défavorisant la propagation de celles qui sont défavorables. Ce processus continu de mutation et de sélection naturelle conduit à l’adaptation des populations, à l’évolution et à long terme, à l’apparition de nouvelles espèces.
Les biotechnologies
Qu’est-ce que la biotechnologie?
La biotechnologie est un domaine scientifique qui utilise des organismes vivants pour développer des technologies applicables dans la société. On trouve des applications de la biotechnologie dans divers domaines tels que la médecine, l’agriculture, l’ingénierie et l’environnement.
Les organismes transgéniques résultent de l’application du génie génétique. Cette technique permet aux scientifiques d’insérer des gènes spécifiques d’une espèce dans le génome d’une autre espèce pour modifier certains traits. Ainsi, un organisme transgénique est celui qui a incorporé un gène provenant d’une autre espèce dans son génome. Par exemple, on peut créer des cultures agricoles nécessitant moins de pesticides en introduisant un gène de résistance à certains pathogènes.
La technique d’édition génétique CRISPR-Cas9 est utilisée comme ciseaux moléculaires permettant de cibler certains gènes pour les modifier. Elle a été développée à partir d’un mécanisme de défense immunitaire existant chez les bactéries et les archées. Cette technique utilise les protéines Cas9, capables de couper l’ADN. Ces protéines sont accompagnées de séquences d’ARN guide, qui dirigent Cas9 vers des gènes spécifiques. Une fois que CRISPR-Cas9 a atteint sa cible, il induit une coupure dans l’ADN, déclenchant les mécanismes de réparation naturels de la cellule. Ces processus de réparation peuvent conduire à des modifications ou au remplacement du gène existant.
Certains tissus du corps, par exemple ceux de la moelle épinière, ne se réparent pas seuls s’ils sont endommagés. On utilise alors la reprogrammation cellulaire pour permettre la régénération et la réparation des tissus. Pour cela, on reprogramme des cellules souches.
Les cellules souches embryonnaires sont des cellules d’embryon à un stade précoce. Elles sont capables de se différencier en n’importe quels types cellulaires du corps, c’est-à-dire en cellules musculaires, cellules épithéliales, etc. Bien que leur potentiel régénératif soit immense, leur utilisation soulève des questions éthiques en raison de l’extraction des cellules à partir d’embryons.
En utilisant des techniques de reprogrammation cellulaire, les scientifiques peuvent transformer des cellules différenciées, comme des cellules de peau, en cellules souches, conservant ainsi leur capacité à se différencier en divers types cellulaires. On crée ainsi des cellules souches induites.
Le clonage est une technique qui permet de créer un organisme génétiquement identique à un autre. Un exemple célèbre est Dolly, une brebis clonée en 1996. Pour en savoir plus: DOLLY – Encyclopædia Universalis
Les enjeux éthiques
Les biotechnologies offrent de nombreuses possibilités. Cependant, elles soulèvent des questions éthiques notamment sur la responsabilité humaine et le respect de la vie.
