Quand l'enfance joue avec nos gènes : L'épigénétique (partie 2)

« Tout se joue avant 6 ans! » Les livres de psycho-pop qui abordent le lien entre petite enfance et développement de l'individu abondent. Si leurs approches sont parfois discutables, leur idée commune est appuyée par plusieurs études. L'explication du phénomène est toutefois nouvelle et se base en grande partie sur l'épigénétique.

Les exemples sont nombreux. La nutrition pendant la grossesse influencerait le risque de cancer du côlon chez le bébé, une fois devenu adulte. Les enfants qui grandissent dans un milieu défavorisé possèdent des globules blancs qui réagissent de manière anormale. Cependant, c'est l'impact des soins reçus par un nouveau-né qui a été le plus étudié et qui est maintenant le mieux compris.

Plusieurs études ont été réalisées sur les rats pour déterminer si une mère très protectrice influence différemment le développement de ses ratons, en la comparant à une mère négligente. Les scientifiques ont ainsi remarqué que les mères protectrices ont tendance à lécher et à toiletter davantage leurs petits. En réponse à ce comportement, ceux-ci développeraient davantage de récepteurs des glucocorticoïdes dans leur hippocampe, la région du cerveau responsable de la gestion du stress. Au contraire, si la mère néglige son bébé, celui-ci en possède très peu.

Une petite parenthèse s'impose ici. Le récepteur des glucocorticoïdes, appelons-le affectueusement GR, est très important pour gérer le stress. Lorsque notre corps perçoit un danger, il produit une hormone pour l'aider à bien réagir, le cortisol. Si le cortisol est très utile pour se défendre contre l'attaque d'un tigre, il génère malheureusement des effets secondaires désagréables quand la situation revient à la normale. Pour cette raison, le corps a mis au point un mécanisme pour arrêter l'état d'alerte promptement et celui-ci utilise le GR. Lorsque le GR se lie au cortisol, il envoie alors un signal stoppant la production d'hormones de stress. Fin de la parenthèse.

Revenons maintenant aux rats. Puisqu'ils ont plusieurs exemplaires du GR, les bébés de mères protectrices se calment très rapidement, ce qui constitue un avantage dans un environnement relativement paisible. Par contre, les petits de mères négligentes seront anxieux et agressifs... une bonne chose dans un milieu hostile. On suppose en fait qu'une mère vivant dans un endroit de ce genre aura moins de temps pour lécher et toiletter ses petits, un comportement décrit comme de la négligence par les chercheurs. Donc, par son comportement, la mère renseigne son enfant sur le monde dans lequel il vit et celui-ci s'adaptera pour avoir les meilleures chances de survie.

Et l'épigénétique dans tout cela? Et bien, les mécanismes épigénétiques sont précisément ce qui permet de modifier de façon permanente la quantité de GR produite par le cerveau du raton. Lorsqu'on étudie les gènes des ratons négligées, on remarque en effet que de nombreuses molécules méthyles ont été fixées au gène du GR, ce qui en réduit considérablement la production. Cette modification du gène est stable et persistera pendant toute la vie de l'animale.

C'est là tout l'intérêt de l'épigénétique. Ce mécanisme permet à l'expression des gènes de s'adapter rapidement à l'environnement. Ces modifications sont en quelque sorte la mémoire de nos cellules.

Fait intéressant, des observations similaires ont été faites chez l'humain. Au Québec, des chercheurs ont étudié les gènes d'individus qui se sont suicidés. Ils ont alors remarqué que parmi ces personnes, celles qui avaient vécu des abus pendant l'enfance avaient un plus grand nombre de méthyles sur un gène impliqué dans la production des protéines (celui de l'ARN ribosomal pour ceux que cela intéresse). Cette situation n'était toutefois observable que dans une seule région du cerveau : l'hippocampe. Ce patron de méthylation pourrait donc affecter le fonctionnement du cerveau des enfants et persister à l'âge adulte.

L'épigénétique offre ainsi pour la première fois un mécanisme biochimique expliquant comment l'environnement des premières années modifie l'expression des gènes. Une question demeure cependant : ces modifications peuvent-elles se transmettre aux générations suivantes?

Par définition, les changements épigénétiques sont temporaires puisqu'ils permettent de s'adapter à un milieu qui change. Elles sont donc potentiellement réversibles. En fait, au moment de la fertilisation de l'ovule par le spermatozoïde, toutes les molécules méthyles sont retirées des gènes, une remise à zéro autrement dit... Il semblerait toutefois que 1 % de celles-ci demeurent intouchées.

À ce jour, les chercheurs ne sont pas parvenus à démontrer la transmission d'une modification épigénétique sur quatre générations, la seule preuve acceptable en science qu'une telle modification serait permanente. L'épigénétique n'a donc pas terminé de nous livrer ses secrets et les prochaines années devraient nous procurer de nouvelles recherches étonnantes sur le rôle des premières années de vie sur le développement de l'individu.

Références :

Fridovich-Keil, Judith L. (n. d.) Epigenetics. Encyclopaedia Britannica. Consulté le 19 août 2014.

Gabory A1, Attig L, Junien C. (2011) Developmental programming and epigenetics. Am J Clin Nutr. 94(6 Suppl) : 1943S-1952S. doi : 10.3945/ajcn.110.000927. Epub 2011 Nov 2.

Human Early Learning Partnership. (n. d) Social epigenetics. Consulté le 19 août 2014.

Szyf M. (2011) The early life social environment and DNA methylation: DNA methylation mediating the long-term impact of social environments early in life. Epigenetics. 2011 Aug; 6(8) : 971-8. doi : 10.4161/epi.6.8.16793. Epub 2011 Aug 1

Tammen SA1, Friso S, Choi SW. (2013) Epigenetics : the link between nature and nurture. Mol Aspects Med. 2013 Jul-Aug; 34(4) : 753-64. doi : 10.1016/j.mam.2012.07.018. Epub 2012 Aug 10.

University of Utah - Health Sciences. (n. d.) Epigenetics. Consulté le 19 août 2014.

Des jumeaux identiques qui ne se ressemblent plus? : L'épigénétique (partie 1)

Imaginons de petits jumeaux identiques se tenant l'un à côté de l'autre. Ils possèdent exactement les mêmes gènes, c'est-à-dire qu'ils ont à leur disposition la même recette pour fabriquer un être humain. Leur ressemblance est donc troublante. Pourtant, à mesure que le temps passe, des différences apparaissent et nos deux jumeaux ne se ressemblent plus autant. Comment est-ce possible si les gènes sont eux toujours les mêmes? L'explication réside dans une discipline en pleine expansion : l'épigénétique.

L'épigénétique est l'étude des modifications chimiques se retrouvant sur certains gènes d'un être vivant. Les scientifiques ont commencé à s'intéresser à ces transformations en raison de l'étrange comportement des organismes multicellulaires. 

Certains êtres vivants, comme l'humain par exemple, ont en effet la particularité d'être composés de plusieurs cellules qui fonctionnent ensemble. Elles possèdent toutes exactement le même bagage génétique et constituent en quelque sorte une multitude de jumeaux. Pourtant, une cellule cardiaque est complètement différente d'une cellule nerveuse ou mammaire. Comment celles-ci peuvent-elles avoir des gènes identiques, mais une apparence et une fonction distincte?

En fait, cette différenciation, comme l'appellent les chercheurs, débute très peu de temps après la fécondation et est le résultat des nombreux messages que l'embryon reçoit de son environnement. Par exemple, lorsque deux cellules sont côte à côte, elles s'envoient mutuellement des signaux caractéristiques. De plus, certaines cellules embryonnaires libèrent des molécules-messagères qui influenceront même les cellules les plus éloignées. Enfin, l'environnement de l'embryon fournit son lot de signaux sous forme d'hormone ou de substances chimiques diverses.

Tous ces signaux ont un impact particulier : ils modifient l'expression des gènes. En effet, lorsqu'un nouveau signal fait son chemin jusqu'au noyau d'une cellule, des enzymes s'empressent d'aller accrocher une petite molécule appelée méthyle sur certains de ses gènes. Ces molécules changent ainsi la structure des gènes, ce qui les rend moins accessibles. Ils ne pourront donc pas être utilisés par la cellule. C'est grâce à ce mécanisme complexe que les gènes associés à la fonction cardiaque, par exemple, ne sont employés que par les cellules du cœur.

Cependant, l'épigénétique ne permet pas seulement d'expliquer la différenciation cellulaire. Elle résout aussi le mystère des jumeaux qui changent avec le temps.

Tout d'abord, il faut se rappeler que l'environnement dans lequel nous évoluons est une source infinie de signaux qui modifient l'expression de nos gènes. On n'a qu'à penser aux nutriments de notre alimentation ou aux toxines environnementales que nous pouvons rencontrer.

Au début de leur vie, les jumeaux partagent généralement le même environnement. Leurs cellules reçoivent donc des signaux très similaires et utilisent les mêmes gènes. Cependant, en grandissant, les jumeaux s'éloignent et leur environnement est de plus en plus différent. L'expression de leurs gènes change alors, ce qui explique qu'ils ne se ressemblent plus autant qu'avant.

Le phénomène ne s'arrête toutefois pas là. Dans les dernières années, des chercheurs ont fait des découvertes étonnantes. Selon eux, les premières expériences sociales pourraient bien avoir une influence directe sur l'expression de nos gènes, et ce, de façon permanente. 

Comment? La réponse dans un prochain billet!

Références :
Fridovich-Keil, Judith L. (n. d.) Epigenetics. Encyclopaedia Britannica. Consulté le 19 août 2014.

Gabory A1, Attig L, Junien C. (2011) Developmental programming and epigenetics. Am J Clin Nutr. 94(6 Suppl):1943S-1952S. doi: 10.3945/ajcn.110.000927. Epub 2011 Nov 2.

Human Early Learning Partnership. (n. d) Social epigenetics. Consulté le 19 août 2014.

Szyf M. (2011) The early life social environment and DNA methylation: DNA methylation mediating the long-term impact of social environments early in life. Epigenetics. 2011 Aug;6(8):971-8. doi: 10.4161/epi.6.8.16793. Epub 2011 Aug 1

Tammen SA1, Friso S, Choi SW. (2013)  Epigenetics: the link between nature and nurture. Mol Aspects Med. 2013 Jul-Aug;34(4):753-64. doi: 10.1016/j.mam.2012.07.018. Epub 2012 Aug 10.

University of Utah - Health Sciences. (n. d.) Epigenetics. Consulté le 19 août 2014.

L'attachement : c'est pas physique, c'est électrique!

Je ne vous apprendrai rien si je vous dis que le développement du cerveau d'un nouveau-né est influencé directement par le comportement de sa mère. Cette réalité est bien connue de tous. Mais, pour citer un célèbre humoriste de chez nous, « on ne veut pas le savoir, on veut le voir! » Et c'est exactement ce qu'ont réussi des chercheurs américains, avec l'aide de rats de laboratoire.

Six rates et leurs petits filmés pendant une centaine d'heures, le tout combiné à un émetteur qui détecte en simultané l'activité électrique du cerveau des petits : voici la stratégie utilisée pour visualiser la réaction du cerveau des bébés aux soins de leur mère. Les observations réalisées grâce à cette technique ont permis aux scientifiques de pénétrer à l'intérieur même de l'encéphale des ratons.

Leurs découvertes sont très intéressantes. Lorsque la mère laisse ses petits seuls dans le nid, leur activité cérébrale augmente de 50 à 100 %. Le schéma des ondes électriques est alors erratique et peu consistant. Ce patron d'activité correspond en fait aux multiples fonctions actives du cerveau : la cognition, le décodage des sensations, les commandes motrices. Selon les chercheurs, ce type d'activité électrique est essentielle à la croissance normale du cerveau et à la communication entre ses différentes zones. 

Au contraire, lors de la tétée, l'activité du cerveau des bébés ralentit et on observe l'apparition d'une synchronisation des ondes. Les ondes dites lentes augmentent alors de 30 %. Ce type d'activité cérébral correspond à l'une des phases initiales du développement du cerveau que l'on retrouve chez les mammifères, peu de temps après la naissance. Les scientifiques mentionnent d'ailleurs que c'est un moment propice à la formation des réseaux de neurones et à la production d'une gaine isolante, la myéline, autour des projections des cellules nerveuses. Ce processus permettrait, entre autres, l'accélération des signaux neuronaux. Chez l'humain, ce type d'onde est d'ailleurs associé à la concentration, à la méditation et à certaines phases du sommeil. En d'autres termes, les ratons devenaient très zen!

Toutefois, une maman rate, ce n'est pas que relaxant, c'est aussi stimulant. En effet, lors de l'éjection du lait, les chercheurs ont observé une impulsion soudaine d'activité électrique. Le même phénomène avait également lieu lorsque la rate faisait la toilette de ses bébés.

Jusqu'à présent, on ne pouvait qu'imaginer ce qui se passait dans la tête d'un bébé au contact de sa mère. Cette étude offre donc un nouvel éclairage sur le phénomène de l'attachement et sur son rôle dans le développement. L'alternance entre les différents types d'activité électrique permettrait en effet de modeler le cerveau. Puisque chaque mère a une façon bien particulière de prendre soin de son petit, les petits n'ont pas tous le même patron d'activité électrique cérébrale. On comprend alors la diversité dans les personnalités des enfants, autant chez les humains que chez les animaux.

Les scientifiques américains ne veulent maintenant pas s'arrêter en si bon chemin. Ils planifient en effet de cartographier le développement du cerveau des ratons selon les différents comportements de leur mère. Selon eux, à long terme, ces connaissances pourront aider à développer des traitements pour aider les petits qui ont pu connaître des difficultés dans les premiers moments de leur vie.

Références :

NYU Langone Medical Center (2014, 17 juillet) Measuring nurture: Study shows how 'good mothering' hardwires infant brain. Eurekalert. Consulté le 31 juillet 2014.

Sarro EC, Wilson DA, Sullivan RM.(2014) Maternal regulation of infant brain state. Curr Biol. 2014 Jul 21; 24(14) : 1664-9.

Richard Hall (1998) Stages of sleep. Sur le site Psychology World. Consulté le 31 juillet 2014.