Des X-Men à la réalité : comment surviennent réellement les mutations spontanées de notre ADN

Dans le 1963entre les pages de Les X-Men #1les mutants les plus célèbres des comics ont fait leur première apparition. Contrairement aux autres héros Marvel, ils n’ont pas été mordus par des araignées radioactives, frappés par des rayons gamma ou améliorés par des sérums expérimentaux : les X-Men sont nés ainsi. Dans leur ADN, il existe une variante spécifique, la Gène Xqui « s’allume » pendant la puberté, donnant des capacités extraordinaires. Mais en réalité, la génétique suit des règles très différentes: Un seul gène ne peut pas contenir l’instruction « tirer des faisceaux optiques » ou « se téléporter ». Les traits complexes dépendent deinteraction de dizaines de gènes différents et surtout, ils restent liés aux lois de la biochimie et de la thermodynamique. Cependant, lorsque les cellules se divisent et que l’ADN se duplique, il peut y avoir des erreurs de transcription dans les « lettres » qui la composent, ce qui peut conduire à mutation.

Les mutations sont des erreurs d’écriture

Imaginons notre génome aussi immense mode d’emploiécrit en utilisant un alphabet de seulement quatre « lettres » : A, T, C et G, à partir des bases azotées respectives (adénine, thymine, cytosine et guanine). Ces bases, associées à un sucre pentose (à 5 atomes de carbone) et à un groupe phosphate, forment i nucléotidesles unités fondamentales qui composent l’ADN.

Chaque fois qu’une cellule se divise, elle doit dupliquer tout son patrimoine génétique (ADN), et au cours de ce processus, des erreurs, c’est-à-dire des variations dans la séquence des nucléotides, peuvent survenir. Lorsque cela se produit, nous nous retrouvons confrontés à un mutation.

Il existe différents types de mutations pouvant entraîner des conséquences plus ou moins graves. Les plus courants sont :

• Mutations ponctuelles : une seule lettre est échangée contre une autre (comme lire CHIEN au lieu de PAIN).
• Insertions et suppressions : l’ajout ou la perte d’une lettre ou deux. Le code étant lu par groupe de trois, une omission ou un ajout décale toute la grille de lecture, changeant le sens de tout le texte qui suit.
• Anomalies chromosomiques ou génomiques : mutations à l’échelle macroscopique affectant la structure ou le nombre de chromosomes. Dans ce cas de grandes portions d’ADN ils peuvent être dupliqués, inversés ou supprimés, ou le nombre total de chromosomes dans la cellule peut varier.

Au cours de l’évolution, nos cellules ont développé des mécanismes de « relecture » extrêmement efficaces, capables d’identifier et de réparer les lésions de l’ADN. Mais même ces mécanismes de contrôle, qui fonctionnent à un rythme rapide, peuvent parfois manque une faute de frappe ou même commettre une erreur lors de la réparation elle-même.

Comment surviennent les erreurs spontanées et le correcteur d’ADN

Si l’on exclut les radiations, les produits chimiques ou la fumée, d’où viennent ces mutations ? La réponse est simple, de l’administration ordinaire de la cellule : ils s’appellent en fait mutations spontanées, contrairement à ceux induits par des agents externes.

Chaque fois qu’une de nos cellules doit se multiplier pour remplacer des tissus usés ou nous faire grandir, elle doit copier toutes les lettres de notre génome. L’enzyme responsable de ce travail s’appelle ADN polyméraseune sorte de photocopieur biologique à très haut débit.

L’ADN polymérase est très précise et possède également une fonction de « relecture » : si elle se trompe en insérant un nucléotide, elle revient en arrière, supprime la mauvaise lettre et insère la bonne. Malgré ce filtre et l’intervention d’autres complexes de réparation, le système n’est pas parfait et peut encore commettre des erreurs.

Toutes les fautes de frappe ne changent pas l’histoire

Que se passe-t-il lorsqu’une faute de frappe échappe au contrôle ? Dans la plupart des cas, rien de visible. Cela peut arriver pour deux raisons :

• Régions non codantes : une grande partie de notre ADN ne contient pas d’instructions directes pour synthétiser des protéines (appelé ADN non codant). Une erreur dans ces régions n’a souvent aucune conséquence fonctionnelle.
• Le code génétique est « redondant » : dans les régions de l’ADN qui contiennent des instructions pour fabriquer des protéines, le texte est lu par blocs de trois lettres à la fois, appelés codons (ou triplés). Chaque triplet correspond à un acide aminé précis : en se liant entre elles en longues chaînes, ces « briques » forment des protéines. Heureusement, plusieurs triplets différents peuvent indiquer le même acide aminéc’est pourquoi on l’appelle « redondant ». Par exemple, si le mot GAG et le mot GAA désignent tous deux le même acide aminé, la substitution de la dernière lettre est totalement invisible : il s’agit d’un mutation silencieuse.

Cependant, lorsque la faute de frappe tombe à un point critique dans un gène clé, la protéine résultante peut cesser de fonctionner, ce qui entraîne maladies génétiques.

Mais il existe une troisième voie, beaucoup plus rare que les autres, celle par laquelle une erreur aléatoire se révèle avantageux.

Les « pouvoirs » du génome humain

Si le gène X des comics n’existe pas, dans la population humaine il existe des variantes spontanées qui rappellent des traits des héros Marvel, comme :

• Os incassables (LRP5) : Une mutation rare du gène LRP5 empêche la résorption normale du tissu osseux, ce qui entraîne une densité minérale osseuse très élevée. Les personnes atteintes de cette variante ne développent pas d’ostéoporose et ont des squelettes presque impossibles à fracturer lors d’accidents normaux. Une sorte de squelette renforcé de style Wolverine, sans avoir besoin de métaux extraterrestres.
• Plongeurs naturels (PDE10A) : les gens de Bajaúnomades marins d’Asie du Sud-Est capables de retenir leur souffle plusieurs minutes à des profondeurs considérables, possèdent une variante génétique associée à une rate en moyenne 50 % plus grosse que les populations voisines. Une rate plus grande agit comme un « réservoir d’oxygène » naturel, mettant davantage de globules rouges oxygénés dans le sang pendant la plongée.

Ces variantes n’ont pas été données par un sérum ni générées par une explosion nucléaire : elles résultent de mutations aléatoires dans l’ADN d’un de nos ancêtres. Transmises de génération en génération, ces erreurs se sont révélées utiles dans certains milieux, étant « récompensées » par la sélection naturelle.