Communication scientifique
Session of 15 mars 2011

Les déterminants précoces de la santé et des maladies : épigénétique et environnement

MOTS-CLÉS : consommation d’aliment/génetique, développement embryonnaire et fœtal, différenciation sexuelle, épigénomique, histone, méthylation de l’adn, troubles liés à l’environnement
Early determinants of health and disease : epigenetics and environment
KEY-WORDS : disorders of environmental origin. dna methylation. eating/ genetics. embryonic and fetal development.. epigenomics. histone

Claudine Junien *

Résumé

Des études consacrées à l’origine développementale de la santé et des maladies de l’adulte (DOHaD) et à la programmation métabolique, ont identifié des liens entre l’environnement précoce, les processus épigénétiques et les maladies à long terme. Le décryptage des mécanismes par lesquels les modifications épigénétiques fixent la mémoire des effets environnementaux précoces, entraînant des modifications de profils d’expression génique et assurant ainsi les réponses prolongées à des stimuli transitoires, avec les phénotypes associés, est un sujet dont l’intérêt va croissant. Cette revue se concentre sur les mécanismes récemment découverts et remet en question les idées couramment répandues concernant la dynamique, les positions et les fonctions des marques épigénétiques. La plupart des études épigénétiques ont, jusqu’à présent, porté sur les effets à long terme et sur un petit nombre de marques, au niveau global du génome, ou au niveau gène spécifique, de perturbations environnementales sur des modèles animaux et quelques études épidémiologiques chez l’homme. En parallèle, un nombre croissant d’études basées sur des techniques à haut débit et concernant de préférence l’homme ou la souris, ont révélé la complexité des processus épigénétiques, en soulignant l’importance des communications entre les différentes marques épigénétiques. De plus, une fois mises en place, les marques épigénétiques s’autopropagent en subissant d’autres remaniements et vieillissent. Par ailleurs des études récentes démontrent un dimorphisme sexuel, à la fois pour les trajectoires de programmation et en réponse aux mêmes aggressions environnementales. Malgré de récents progrès, nous sommes encore loin de comprendre où, quand, et comment les mécanismes épigénétiques sont perturbés par les facteurs environnementaux. Ainsi, aujourd’hui, identifier les marques originelles clés et leurs modifications au cours du développement, tout au long de la vie d’un individu, et au-delà sur plusieurs générations, et être capables de les modifier par des interventions appropriées représente un des défis scientifiques et médicaux majeurs des prochaines décennies.

Summary

Several studies of the developmental origins of health and disease and metabolic programming have identified links between early nutrition, epigenetic processes and long-term illness. The ways in which epigenetic modifications fix the effects of early environmental events, leading to sustained responses to transient stimuli, modified gene expression patterns and altered phenotypes in later life, is a topic of considerable interest. This review focuses on recently discovered mechanisms, and challenges prevailing views on the dynamics, position and functions of epigenetic marks. Most epigenetic studies have addressed long-term effects of environmental stressors on a small number of epigenetic marks, at the pan-genomic or individual gene level, in humans and animal models. In parallel, studies of humans and mice, using high-throughput technologies, have revealed additional complexity in epigenetic processes, notably highlighting the importance of crosstalk between different epigenetic marks. A self-propagating epigenetic cycle has also been identified. Recent studies have shown clear sexual dimorphism both in programming trajectories and in response to a given environmental insult. Despite recent progress we are still far from understanding how, when and where environmental stressors disturb key epigenetic mechanisms. Further work is needed to identify original key marks and their changes during development, throughout an individual’s lifetime or over several generations, and to determine how to revert malprogramming with a view to prevention and treatment.

INTRODUCTION

Notre mode de vie a considérablement changé et de multiples facteurs, non encore identifiés ou avérés, peuvent contribuer à l’actuelle épidémie d’obésité, sous ses différentes formes, à travers le monde. S’il ne fait aucun doute que l’épidémie actuelle d’obésité est associée chez l’adulte, à deux grandes causes, la surnutrition et le manque d’activité physique, de nouvelles hypothèses, complémentaires, apparaissent et en particulier celle de la perturbation des rythmes circadiens avec la diminution du temps de sommeil [1]. Parmi d’autres hypothèses, celle de l’ « Origine Développement de la Santé et des Maladies » ou DOHaD, a été proposée il y a près de vingt ans par le britannique David Barker, à partir de données chez l’homme. Des changements, parfois infimes, de l’environnement dans lequel se trouve l’embryon, le fœtus, puis le nouveau-né, au cours d’étapes décisives de son développement, peuvent influencer sa susceptibilité et ses réponses à de nouveaux environnements, plus tard au décours de sa vie adulte. Dans leur ensemble toutes les affections de l’adulte, voire de l’enfant — maladies métaboliques (obésité, diabète), cancer, maladies neurodégénératives, du comportement et de la reproduction, du système immunitaire (asthme, allergie), etc. — sont concernées.

Fig. 1. — Épigénétique au niveau d’un nucléosome : code de la méthylation de l’ADN, code des histones, code des corépresseurs et coactivateurs, remodelage de la chromatine et expression des gènes.

Comment le génome des organes adultes retient la mémoire des événements passés et ce longtemps après l’impact de l’exposition ? Alors que toutes les cellules d’un organisme possèdent le même patrimoine génétique codé par ses 20 000 gènes, chaque cellule est dotée de son propre épigénome qui varie dans le temps et dans l’espace pour permettre l’expression d’un jeu de gènes particulier spécifique. Sans changer la séquence de l’ADN, les facteurs environnementaux provoquent des changements de conformation de la chromatine, modulant ainsi l’expression des gènes de manière transitoire ou permanente. Les marques épigénétiques portées par la séquence des gènes (méthylation de l’ADN) et par les protéines auxquelles elle s’associe, les histones, (modification des histones) constituent un mode d’archivage privilégié pour stocker la mémoire des événements en créant des marques permanentes/irréversibles ou potentiellement transitoires/réversibles.

Ces marques épigénétiques comprennent, outre la méthylation de l’ADN, essentiellement au niveau du dinucléotide CpG, au moins neuf types de marques post traductionnelles (méthylation, acétylation, phosphorylation etc.) qui modifient, une cinquantaine de sites sur les différentes histones constituant le nucléosome. Ces marques, activatrices ou inhibitrices, interagissent entre elles et avec de nombreux autres facteurs comme des ARN non codants, dans des configurations qui sont spécifiques du contexte, de l’age, du sexe, du fond génétique etc… Grâce à toute une série d’enzymes de la machinerie épigénétique qui apposent, lisent, effacent, interprêtent ces marques, en réponses à de multiples signaux, les mécanismes épigénétiques sont impliqués dans de nombreux processus fondamentaux [2].

IMPACTS DE L’ENVIRONNEMENT SUR LA MACHINERIE ET LES MARQUES ÉPIGÉNÉTIQUES

Tous les types d’environnement, qu’ils soient nutritionnels, chimiques ou non, sociaux, physiques, contribuent à la construction et à la déconstruction de l’échafaudage épigénétique et à son évolution. Les voies mécanistiques reliant les facteurs environnementaux (métaboliques, nutritionnels …) et les voies métaboliques et de signalisation ainsi que la machinerie épigénétique et les marques épigénétiques sont progressivement identifiées [3]. À ce jour, on peut distinguer au moins trois grands types de mécanismes illustrés par la figure 2.

Alors que les facteurs agissant sur la machinerie épigénétique peuvent altérer les paysages épigénétiques au niveau global du génome, les deux autres mécanismes — non mutuellement exclusifs — auront un effet beaucoup plus ciblé, activant ou inhibant à des degrés variables certains jeux de gènes impliqués dans des voies métaboliques ou de neurotransmission. Quoiqu’il en soit ces données impliquent d’avoir rapidement recours à des approches de type biologie des systèmes et de dépasser la vision autour d’un seul gène, désormais obsolète.

Récemment des substances classées comme inhibiteurs d’histone désacétylases (HDAC) montrent des effets anticancéreux importants dans des essais cliniques.

Ainsi le sulforaphane, un isothiocynate trouvé dans les broccoli, montre qu’après ingestion, on observe une diminution de l’activité HDAC dans les leucocytes de sujets sains avec retour à la normale après 24h [4]. De la même façon, l’exercice physique (60 min de pédalage) entraîne au niveau musculaire une déplétion d’ATP puis une cascade d’étapes impliquant une voie de signalisation concernant des HDAC qui, du fait de leur phosphorylation par des kinases, sont exportées du noyau, les rendant alors incapables de réprimer la transcription de certains gènes impliqués dans l’homéostasie énergétique [5]. Il est bien connu que les sujets diabétiques continuent à développer une inflammation et des complications vasculaires même lorsque l’on parvient à contrôler la glycémie, ce qui constitue le véritable défi du traitement du diabète. Des études récentes sur des modèles animaux et chez l’homme, ont attiré l’attention sur les effets persistents et spectaculaires des pics d’hyperglycémies. Lorsque des cellules vasculaires aortiques sont mises en culture en présence de fortes concentrations de glucose, on peut observer la relation entre l’hyperglycémie et l’expression de facteurs de transcription, comme NFkB, impliqué dans la modulation des gènes de l’inflammation. L’augmentation de l’expression de NFkB est associée à des modifications épigénétiques (H3K9me et

Fig. 2. — Voies mécanistiques reliant les facteurs environnementaux à la chromatine : 1) Il s’agit, en premier, des facteurs capables d’inhiber ou d’activer globalement ou plus spécifiquement les mécanismes de la machinerie épigénétique ; ainsi les apports de l’alimentation, comme les donneurs de méthyl, folate, methionine, homocystéine, mais aussi les capacités métaboliques de l’individu assurent, en tant que substrats, le bon fonctionnement des enzymes impliqués dans les processus de méthylation de l ‘ADN, des histones et d’autres protéines ; 2) D’autres facteurs exogènes ou endogènes représentent des ligands de récepteurs nucléaires, qu’il s’agissent de récepteurs aux hormones stéroides, capables, par exemple, de fixer des perturbateurs endocriniens, ou bien les PPAR (peroxisome proliferator associated receptor) capables de fixer diffé- rents types d’acides gras ; 3) D’autres facteurs enfin empruntent les voies classiques de signalisation.

H3K4me) caractéristiques. Mais surtout, lorsque la cellule est soustraite à son environnement hyperglycémique, pendant au moins six jours, le maintien de l’augmentation de l’expression de NFkB est associé à la persistence de ces marques épigénétiques, expliquant ainsi la persistence des processus inflammatoires [6].

Alors que les marques générées par l’ingestion de broccoli ou l’exercice physique sont réversibles, celles générées par l’exposition à une hyperglycémie ne semblent pas réversibles.

Des phénomènes comme la faim, la soif, la satiété ont une influence considérable sur la cognition, l’humeur, le comportement et le développement. Ces phénomènes, et leur perception, dérivent de façon probabilistique des expériences vécues par l’individu au cours de son développement et de processus d’apprentissage finement élaborés au cours du temps [7]. La régulation de la structure de la chromatine — à travers des modifications post-traductionnelles des histones, la phosphorylation de l’histone H3 et l’acétylation des histones H3 et H4 ainsi que la méthylation de l’ADN — représente une étape importante dans l’induction de la plasticité synaptique pour la formation de la mémoire à long terme dans l’hippocampe adulte [8].

Ces données suggèrent que les effets de la leptine dont le champ d’action pendant la période périnatale recouvre l’établissement des circuits hypothalamiques et la plasticité des voies corticales reposent également sur des mécanismes épigénétiques [9].

LE REMODELAGE INCESSANT DES MARQUES ÉPIGÉNÉTIQUES

Pendant les périodes structurantes de l’activité du génome, en particulier au décours des grandes phases de transition comme celles du développement précoce, le génome subit une série de modifications épigénétiques qui assurent la régulation de l’expression des gènes nécessaires à la mise en place et au fonctionnement des tissus au cours des processus de différentiation caractéristiques de l’embryogénèse.

Oscillant entre stabilité et flexibilité les marques épigénétiques sont par nature réversibles… mais pas toujours. Les marques épigénétiques sont sensibles aux interférences avec l’environnement, condition essentielle pour leur permettre d’ ‘‘ enregistrer ’’ la mémoire des événements environnementaux et de constituer les archives des événements passés, quelle qu’en soit la nature. En outre, les nouvelles marques épigénétiques sont remaniées par les processus de vieillissement qui s’accompagnent d’un lent mais inexorable processus d’‘‘ érosion ’’ des marques épigénétiques [10].

Chez les mammifères il existe deux stades cruciaux au cours du développement, lors de la différenciation des gonades, pour les cellules germinales et, juste après la fécondation, la phase préimplantatoire, pour les ovocytes. Au cours de ces phases, les marques de méthylation de l’ADN, mais aussi celles des histones sont effacées à la suite de processus de modification/démodification, puis reprogrammées c’est à dire remplacées par d’autres marques capables de générer des cellules totipotentes.

Avant l’implantation, la méthylation globale résiduelle n’est plus que de 10 % [11].

Ce serait le non-effaçage de certaines marques épigénétiques, comme celles de séquences réfractaires à la déméthylation chez la souris, ou bien l’acquisition d’un statut de gène soumis à empreinte dans la lignée germinale, qui permettrait la transmission de caractères acquis à la descendance [12, 13].

L’acquisition des marques de totipotence implique le refaçonnage épigénétique des génomes provenant du gamète mâle et du gamète femelle. Les cellules souches embryonnaires, ou cellules ES, ont une structure chromatinienne ouverte essentielle pour la pluripotence et qui permet la transcription des gènes essentiels au développement des tissus embryonnaires et extraembryonnaires. Le programme d’expression maintient ces cellules ES dans un état pluripotent tout en leur permettant de se différencier en cellules un peu plus spécialisées, en réponse aux signaux appropriés.

Les ‘facteurs pionniers ’’, un groupe particulier de facteurs de transcription, sont essentiels au développement précoce. Leur fixation aux promoters et enhancers de gènes clés permet à d’autres facteurs de transcription, tissu-spécifiques, d’accéder à la chromatine. Ces derniers jouent un rôle crucial à différents stades de développement mais également chez l’adulte pour le contrôle du métabolisme et de l’homéostasie [14]. Des domaines chromatiniens particuliers, appelés ‘‘ bivalents ’’ – en raison même de leur composition, puisqu’ils présentent des marques chevauchantes de modifications d’histone à la fois répressives (H3K27me3), et à la fois activatrices H3K4me3 — marquent les promoteurs de plus de 2 000 gènes impliqués dans les mécanismes de régulation des processus du développement [15]. Pourtant seul un sous-ensemble de ces gènes, qui est occupé par des nucléosomes portant la marque caratéristique de l’élongation, H3K36me3, produit des transcrits pleine longueur détectables. Les autres initient la transcription mais pas l’élongation, ce qui est compatible avec une régulation ayant lieu principalement à des stades postinitiation [16].

Au cours de phases critiques du développement, un stimulus environnemental peut être à l’origine de déviations lors de la détermination vers tel ou tel lignage cellulaire.

Les organes touchés seront irrémédiablement perturbés (diminution du nombre de néphrons, ou de cellules beta du pancréas) [17] ; et les marques épigénétiques perturbées causales auront disparu au décours des phases ultérieures de différenciation. Ces situations, de « non retour », créent alors de nouvelles prédispositions/ sensibilités, acquises pour la vie, modulant/dictant les réponses immédiates et futures de l’individu tout au long de sa vie, voire des générations futures.

LA PROGRAMMATION AU COURS DU DÉVELOPPEMENT

L’« Origine Développement de la Santé et des Maladies » DOHaD

Comment un déficit ou un excès de nutriments pendant le développement embryonnaire, fœtal et /ou néonatal entraîne des altérations à long terme de l’homéostasie énergétique n’est pas connu. Il existe cependant quelques données expérimentales chez l’animal assez convaincantes montrant comment certaines modifications épigénétiques sont impliquées, sous l’influence de changements nutritionnels ou d’apports toxiques [2, 18, 19]. Quelques données chez l’homme commencent à apparaître également [18, 20, 21]. Ainsi, l’évaluation de quelques loci candidats chez des individus exposés à la famine Hollandaise (1945) indiquent que de tels changements peuvent être fréquents quoique relativement modestes au niveau individuel.

Les effets phénotypiques observés résultent vraisemblablement de la combinaison de multiples changements en particulier lorsque des réponses adaptatives sont impliquées pour faire face aux conditions environnementales et peuvent dépendre du moment, de la durée et de l’intensité de l’exposition [22]. Les famines ont existé de tout temps mais elles n’entraînaient pas nécessairement, plus tard, une obésité, des troubles cardiovasculaires, dans un environnement non pléthorique chez les sujets qui avaient été touchés au cours de leur développement. Aujourd’hui un environnement obésogène, à multiples facettes, se comporte comme le révélateur d’une prédisposition/vulnérabilité acquise précocément. De nombreuses observations amènent aujourd’hui à proposer un processus à (au moins) deux événements.

Le premier événement perturbateur, au cours de phase(s) cruciale(s) du développement, créerait une susceptibilité sans permettre pour autant, à lui seul, l’apparition du phénotype complet. Un deuxième événement, aujourd’hui l’environnement obésogène, serait nécessaire pour le déclenchement de la maladie.

Ontogénèse du remodelage de la chromatine après sous-nutrition .

R. Simmons et ses coll. ont étudié les événements épigénétiques au niveau du promoteur du gène codant

Pdx1, un facteur de transcription critique pour le développement des ilôts beta et pour leur fonctionnement. Le niveau d’expression de Pdx1 est diminué dans les retards de croissance intrautérins (RCIU), qui sont souvent à l’origine du développement d’un diabète de type 2 (T2D) à l’âge adulte. Le RCIU déclenche une séquence de modifications épigénétiques s’autopropageant au cours du temps et recrutant progressivement des marques répressives. Au stade postnatal, ce processus épigénétique est encore réversible, ce qui peut être important pour des interventions diététiques ou thérapeutiques au cours de cette fenêtre de développement. L’accumulation de la marque répressive H3K9me2 a pour effet de promouvoir le recrutement de la DNMT3A (DNA Methyl Transférase, de novo) qui initie le processus de méthylation de l’ADN et verrouille définitivement Pdx1 dans un état silencieux, dans le pancréas des adultes nés après un RCIU [23]. La dysrégulation épigénétique a été retrouvée préférentiellement au niveau de régions conservées intergéniques, HCNEs (Highly conserved non expressed sequences), à proximité de gènes connus pour être dysrégulés dans les ilots beta du pancréas, les gènes impliqués dans la vascularisation, la prolifération, la sécrétion d’insuline, et la mort cellulaire. La méthylation des régions des promoteurs étant, contre toute attente, peu touchées [24]. Mais ces données soulignent que les paysages épigénétiques que l’on peut observer, longtemps après l’impact, ne reflétent pas entièrement les mécanismes et les marques « originelles » apposées initialement sous l’influence de l’environnement.

Programmation des comportements alimentaires et réactivité au stress

Des phénomènes comme la faim, la soif, la satiété ont une influence considérable sur la cognition, l’humeur, le comportement et le développement. Ces phénomènes, et leur perception, dérivent de façon probabilistique des expériences vécues par l’individu au cours de son développement et de processus d’apprentissage et de mémorisation finement élaborés au cours du temps [7]. La régulation de la structure de la chromatine — à travers des modifications post-traductionnelles des histones, la phosphorylation de l’histone H3 et l’acétylation des histones H3 et H4 ainsi que la méthylation — représente une étape importante dans l’induction de la plasticité synaptique pour la formation de la mémoire à long terme dans l’hippocampe adulte.

 

Ces données suggèrent que les effets de la leptine dont le champ d’action recouvre l’établissement des circuits hypothalamiques et la plasticité des voies corticales reposent également sur des mécanismes épigénétiques [25].

Les réponses au stress sont programmées très tôt au cours de la vie par les soins donnés par la mère et sont associées à un marquage épigénomique durable. Chez les mammifères ces effets programment les systèmes émotionnels, cognitifs et endocriniens, augmentant la sensibilité à l’adversité. Dans des environnements très défavorables, de tels effets peuvent être considérés comme adaptatifs puisqu’ils augmentent les chances de survie jusqu’à maturité sexuelle. Cependant ceci a un coût, sous la forme d’une augmentation du risque pour divers types d’affection de l’adulte.

L’augmentation des soins maternels par les rates pendant l’allaitement entraîne, au niveau de l’hippocampe des nouveau-nés, une modification épigénomique d’un seul CpG sur le promoteur du gène du récepteur aux glucocorticoïdes (GR) associés à des modifications d’acétylation des histones et de fixation du facteur de transcription NGFI-A. La méthylation du CpG est associée à une diminution de l’expression du GR, associée à une mauvaise réactivité au stress. Ces différences apparaissent pendant la première semaine de vie, sont modifiées après adoption croisée et persistent pendant la vie adulte. Les soins maternels intensifs précoces suscitent une augmentation de l’expression de la sérotonine qui, par le biais d’une cascade de signalisation, favorise alors la déméthylation de l’ADN [21]. Les mêmes auteurs ont montré qu’une infusion au niveau central de substances bien connues pour interfé- rer avec la méthylation de l’ADN et des histones — comme l’acide folique (vit B9), le donneur de méthyl SAM (S-adénosyl-méthionine) ou la méthionine — ou sur l’acétylation des histones, comme l’acide valproïque (VPA) ou la trichostatin A (TSA) qui sont des inhibiteurs d’HDAC, déjà utilisés comme médicaments — entraîne une réversion du phénotype rétablissant ou altérant les différences entre les groupes [26]. Ces résultats démontrent bien la relation causale entre l’état épigénomique du promoteur du GR, son expression, et les réponses au stress chez l’adulte.

Ainsi malgré la stabilité des marques épigénomiques, celles-ci sont potentiellement réversibles dans le cerveau adulte [21]. Des travaux plus récents, mais cette fois chez l’homme, dans la maltraitance précoce, montrent l’implication de mécanismes analogues. Ils ont montré une hyperméthylation du promoteur du GR dans l’hippocampe de sujets suicidés qui avaient subi une maltraitance ou une négligence sévère dans l’enfance mais pas dans les autres groupes témoins [27]. Compte tenu de la réversibilité observée chez le rat adulte ces études représentent de nouvelles pistes pour envisager une prévention de certains comportements suicidaires.

LES EFFETS TRANSGÉNÉRATIONNELS

Pendant différentes périodes critiques du développement, l’exposition à différentes conditions environnementales, peuvent induire, chez la progéniture, différentes lésions et une susceptibilité à certaines maladies. Dans quelques rares cas, une transmission aux générations suivantes a pu être observée. Cependant la nature de ces effets transgénérationnels (ETGs) et leur mode de transmission, somatique ou/et germinal, varie selon les cas. Ces effets peuvent opérer au niveau somatique, dans le cas de modifications du milieu intra-utérin, en perturbant le développement du fœtus et en induisant des changements dans les tissus somatiques en développement mais n’impliquant pas nécessairement la lignée germinale. Il existe ainsi parfois une sorte de cercle vicieux dans le cas de la transmission mère-fille, avec une transmission qualifiée de « multigénérationnelle », entraînant une malprogrammation développementale somatique qui se reproduit à chaque génération. Les exemples concernent le comportement maternel, l’intolérance au glucose, les variations hormonales liées à l’age maternel, le petit poids de naissance, l’age de la puberté…[28-30].

La plupart des études initiales supposaient que les ETG étaient dûs à des effets somatiques épigénétiques réinitiés in utero à chaque génération. Cependant il existe maintenant des exemples avérés de transmission, via la lignée germinale, aussi bien mâle que femelle [31-37]. Dans le cas de la transmission par la lignée germinale maternelle celle-ci peut affecter à la fois l’ADN nucléaire et l’ADN mitochondrial [38] (Fig. 3).

Incontestablement, en ce qui concerne les mécanismes en cause, l’explication la plus plausible, avec un petit nombre d’exemples chez l’animal, implique des mécanismes épigénétiques. Mais chez l’homme, la seule étude à ce jour montrant des variations épigénétiques concerne la génération, agée aujourd’hui de 66 ans, ayant subi, in utero, la famine hollandaise [22]. Les données rapportées, des différences de méthylation de promoteurs de gènes soumis à empreinte, montrent une relation avec la fenêtre d’exposition mais jusqu’à présent aucun lien avec les perturbations physiopathologiques. Il existe aussi des données montrant l’implication de processus épigénétiques pour les effets transgénérationnels du diéthylstilbestrol chez l’animal et chez l’homme [39]. Pour les effets sur plusieurs générations chez l’homme la démonstration reste donc à faire.

Chez la plupart des modèles animaux pour lesquels des ETG ont été démontrés, seule la première génération F0 a été exposée au facteur environnemental : qu’il s’agisse de PE, de glucocorticoïdes, de régimes pauvres en protéines, de mastication de noix de Betel, de radiothérapie (traitement de cancers), de certains types de comportement maternels, ou des régimes déficients en folates [3]. On connaît donc encore très peu de chose quant à l’effet potentiellement cumulatif d’une exposition sur plusieurs générations. Comme cela a été montré chez l’animal et chez l’homme, pour être validé comme passant par la lignée germinale, un véritable effet transgé- nérationnel doit affecter la F1, la F2 mais aussi la F3 [13, 40]. Inversement certains modèles animaux ont permis de constater que la transmission, somatique ou germinale, à la génération suivante n’était pas obligatoire [41, 42]. Ces données montrent que probablement en raison de différences subtiles la malprogrammation épigénétique peut ou non persister au cours des générations successives et selon des modes différents, somatique, ou/et germinal.

Fig. 3. — Modes de transmission des effets multi- et transgénérationnels, sur la progéniture, sur des générations successives. Le caractère spécifique du sexe opère à différents niveaux : — La transmission maternelle pendant la grossesse et la période postnatale ; — le sexe du parent transmettant les conséquences du stimulus auquel il a été exposé par la lignée germinale ; — le sexe de l’enfant montrant l’effet maternel ou l’effet paternel et/ou l’ETG germinal maternel.

LE DIMORPHISME SEXUEL DES MARQUES ÉPIGÉNÉTIQUES

Il existe d’importantes différences entre les sexes non seulement en termes de comportements et de préférences alimentaires, de réponses aux nutriments et aux médicaments et d’apparition ou de fréquence de certaines maladies mais aussi en termes de programmation au cours du développement comme le révèlent de plus en plus d’études chez toutes les espèces étudiées. Les fœtus et les placentas mâles et femelles ne réagissent pas nécessairement de la même façon à des stimuli environnemenraux, lors de phases précises du développement, et les conséquences à long terme diffèrent également [3, 43].

Le dimorphisme sexuel repose aussi sur des différences épigénétiques qui affectent l’expression différentielle d’une proportion importante de gènes (10 à 30 %) dans tous les tissus [44] en liaison avec les chromosomes sexuels [45], les hormones et les influences socio-culturelles. Ces différences, très précoces pour certaines, bien avant la différenciation des gonades [46], sont encore mal explorées mais devraient faire l’objet d’une attention plus soutenue, tant les stratégies thérapeutiques ou préventives qui valent pour un sexe ne sont pas nécessairement adaptées à l’autre sexe [3, 47-49].

Comme le soulignent récemment une série d’articles dans la revue Nature (Nature series, June 2010), alors que la connaissance clinique chez l’homme et dans les études animales repose encore majoritairement sur le mâle, par voie de conséquence, la santé de la femme, basée sur un très petit nombre d’études, est bradée et compromise. Et, dans le cas des femmes enceintes, cette situation est poussée à l’extrême, pour des raisons éthiques que l’on peut ici aisément comprendre. Il est donc urgent de rétablir la balance pour permettre indépendamment chez la femme — à un niveau équivalent à celui de l’homme — l’acquisition de connaissances biologiques et médicales bien séparées.

PERSPECTIVES

Alors que les données sont encore rares, les études qui explorent comment l’épigé- nome relie le développement précoce et les maladies de l’adulte devraient rapidement changer cette situation. Ainsi comprendre comment l’environnement, sous quelque forme que ce soit, module l’expression des gènes pour les rendre plus tard réactifs, ou non, à d’autres stimuli, alors que le stimulus initial a disparu depuis longtemps, devient l’étape incontournable [2, 3]. Pourra-t-on atténuer voire faire disparaître les effets d’une malprogrammation, enrayer le cercle vicieux de la transmission multigénérationnelle ? Cette question est aujourd’hui au cœur de la problématique de l’épidémie mondiale d’obésité. Il existe quelques données éparses mais encourageantes, sur des modèles animaux [50-55]. Mais des données récentes ont révélé le caractère « arme à double tranchant » de substances comme les folates ou les phytoestrogènes longtemps reconnues pour leur seul rôle « bénéfique » [56, 57]. Ainsi compte tenu de ces différences d’effet, parfois délétère, tantôt bénéfique, pour une même substance — selon la dose, le métabolite, la matrice, la période, la durée de la gestation, l’espèce, l’âge et le sexe — la transposition en toute sécurité de recommandations nutritionnelles, et en particulier chez la femme, avant, pendant et après la gestation, demandera d’infinies précautions et des délais non prévisibles.

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DISCUSSION

M. Jacques BATTIN

A-t-on des notions concernant les fenêtres de réceptivité à des agents exogènes au début de la vie, pré et postnatale, à l’exemple de la phénylcétonurie ?

Il existe bien des fenêtres spatiotemporelles critiques au cours desquelles une substance est indispensable au bon développement, ou inversement peut avoir des effets nocifs : le bon produit, à la bonne dose, au bon moment. Ainsi il est démontré que le statut en folates est important pour la fermeture du tube neural et on a pu diminuer d’environ 30 % la survenue de ces anomalies en supplémentant les femmes à risque. Pourtant il est important d’insister sur la nécessité, pour que cette prévention soit efficace, qu’elle soit prise en périconceptionnelle et non pas au moment ou la femme consulte pour la première fois : l’achèvement de la fermeture du tube neural se situe autour du 28e jour :

la prise d’acide folique après cette date est inutile (voire délétère ?). C’est l’observance de la recommandation qui est très limitée d’où la mauvaise prévention. Les Américains et les Canadiens ont alors décidé de supplémenter la farine. Mais l’augmentation de la prise de folates pendant la vie adulte pourrait avoir des effets nocifs. Ainsi l’augmentation de la survenue de cancer du colon, de cancer du sein semble coincider avec la supplémentaion, mais cela reste à vérifier. De la même façon, la leptine joue un rôle neurotrophique important au niveau des neurones de l’hypothalamus pendant une période très courte en postnatal chez le rat et la souris, en fin de gestation chez l’homme. La supplémentaion chez des animaux génétiquement déficients en leptine restaure cet effet, mais une fois cette fenêtre dépassée (16e jour) elle n’a plus aucun effet.

M. Christian NEZELOF

Pouvez-vous commenter les effets du distilbène (DES), sur la descendance des mères ayant pris du distilbène pendant leur grossesse ?

On estime qu’environ cinq à dix millions de femmes américaines ont reçu du DES pendant leur grossesse, ou ont été exposées in utero. L’exposition au DES a été associée à une augmentation du risque de cancer du sein pour les femmes exposées et de cancer cervico vaginal chez leurs filles exposées au DES in utero. L’association entre l’exposition au DES chez les garçons et le cancer du testicule reste controversée. L’exposition au DES a également été reliée à des anomalies du tractus génital et reproducteur chez les filles DES et chez les garçons (hypospadias) avec des défauts du système immunitaire et des effets psychosexuels. Les essais chez l’animal (rat, chien, souris etc.) montrent que la souris représente un excellent modèle avec une carcinogénicité similaire à celle de l’homme pour les deux sexes. D’ailleurs les résultats expérimentaux chez la souris dans les années 1930 montraient déjà les effets cancérigènes chez la souris et, au cours des années 1960, une augmentation du risque de cancer pour la progéniture. Il est dommage que ces résultats n’aient pas été pris en compte pour la femme au cours des années 70 ! D’autres études ont montré que le DES n’est pas unique et que d’autres substances environnementales de type perturbateur endocrinien, des substances estrogéniques, la vinclozolin ou le Bisphenol A induisent également des effets trangénérationnels qui passent par la lignée mâle ou femelle sur au moins trois générations chez des rongeurs. Les mécanismes en cause restent à élucider mais ils impliquent des effets génétiques et épigénétiques et il a été montré que même des faibles doses de DES peuvent avoir des effets complexes.

 

<p>* Biologie du développement et reproduction, INRA, UMR1198, UMR INRA/ENV MaisonsAlfort/Domaine de Vilvert, Bâtiment 230, 1er étage — Jouy en Josas, cedex 78352, e-mail : claudine.junien@jouy.inna.fr Tirés à part : Professeur Claudine Junien, même adresse Article reçu le 23 septembre 2010, accepté le 15 novembre 2010</p>

Bull. Acad. Natle Méd., 2011, 195, no 3, 511-527, séance du 15 mars 2011