L’ADN codant et l’ADN non codant sont deux principaux types d’ADN, présents dans le génome. En général, les protéines codées par l’ADN codant ont une importance structurelle, fonctionnelle et régulatrice dans la cellule, tandis que les ARN non codants sont importants pour contrôler l’activité des gènes. Cette étude portera davantage sur le second type d’ADN (non codant), peut-être le moins connu des deux.
L’ADN non codant peut être défini comme la partie du génome qui ne code pas pour des protéines. On estime qu’environ 98,5 % du génome humain ne code pas pour des protéines, et peut donc être classé comme ADN non codant. Pour en savoir plus sur le sujet, veuillez lire cet article. Appelée à l’origine « ADN poubelle », terme dérivé d’un article de 1972 du Dr Susumu Ohno, la grande quantité de séquence génomique qui ne code pas pour les gènes a d’abord déconcerté les scientifiques. Pendant de nombreuses années après sa découverte, on ne connait pas si ce type d’ADN servait à quelque chose. Les scientifiques ont supposé qu’il s’agît principalement des restes de gènes « éteints » qui remplissaient le génome humain. Au cours des décennies qui ont suivi, les scientifiques ont appris que l’ADN non codant n’est pas un déchet. En effet, il joue de nombreux rôles essentiels. Plus précisément, on sait maintenant que beaucoup de cet ADN sont des éléments régulateurs qui contrôlent l’expression des gènes, et les formes de protéines qui ont fabriqué.
Comment l’ADN non codant est-il classé ?
D’un point de vue purement structurel, l’ADN non codant peut être classé en régions intergéniques, c’est-à-dire en séquences génomiques situées entre les gènes, et en régions introniques (intragéniques). Tant les régions intragéniques qu’intergéniques sont en mesure d’être transcrites en ARN non codants. En effet, des analyses transcriptomiques récentes ont montré qu’une grande partie du génome humain est transcrite en ARN non codants. De plus, les régions intergéniques peuvent contenir des séquences régulatrices (par exemple, des promoteurs, des amplificateurs, des isolateurs, etc.) capables de fixer des facteurs de transcription pour activer ou réprimer la transcription. Les transcrits d’ARN non codants sont classés en différentes catégories fonctionnelles, notamment :
- les ARN de transfert (ARNt), qui fonctionnent comme des liens de connexion entre un ARN messager (ARNm) et sa séquence polypeptidique correspondante (protéine) ;
- les ARN ribosomiques (ARNr), qui participent également à la traduction des protéines ;
- les petits ARN nucléolaires (snoARN), responsables des modifications chimiques des espèces d’ARN ;
- différents types d’ARN régulateurs (par exemple, les miARN, les piARN, les lncARN, les circARN) jouent un rôle majeur dans la régulation de l’expression des gènes.
La plupart de l’ADN non codant humain est de nature répétitive. Il a été estimé que l’ADN répétitif/non codant ne représente plus des deux tiers (66 %-69 %) du génome humain. Selon leur organisation structurelle, les séquences d’ADN répétitif non codant peuvent être classées en ADN répétitif en tandem (également appelé ADN satellite) et en ADN répétitif intercalé.
Pourquoi y a-t-il de l’ADN non codant chez les humains ?
Votre ADN contient les instructions permettant de coordonner les fonctions complexes qui font de vous ce que vous êtes. Les gènes sont l’unité des bases de l’ADN hérité? et portent les informations nécessaires à la fabrication des protéines, qui remplissent des fonctions importantes dans votre corps. Néanmoins, si les gènes ne représentent qu’environ 2 % de votre ADN, que fait le reste ?
On estime qu’entre 25 et 80 % de l’ADN non codant régule l’expression des gènes. C’est-à-dire le moment, l’endroit et la durée d’activation d’un gène pour fabriquer une protéine. Une façon de voir les choses est d’imaginer votre ADN comme un livre de cuisine contenant des recettes pour fabriquer des protéines. Les pages contenant la liste des ingrédients, et des mesures sont vos gènes, il n’y a que quelques pages de ce type dans le livre de cuisine. Les autres pages sont les instructions de la recette, qui vous indiquent comment et dans quel ordre faire les choses.
Qu’en est-il de l’ADN non codant qui ne régule pas l’activité des gènes ? Certains de ces éléments sont de vieux morceaux d’ADN, dupliqués accidentellement il y a longtemps dans l’histoire de l’évolution et conservés dans l’ADN. D’autres sont d’anciens gènes qui ont désactivé de manière permanente et ne fonctionnent plus. Certains proviennent même de virus qui se sont insérés dans le génome, cela fait très longtemps.
La fonction de l’ADN non codant chez l’homme
Malgré le terme péjoratif d’« ADN poubelle », l’ADN non codant chez l’homme est très utile. L’Encyclopédie des éléments d’ADN (ENCODE) est un projet majeur de recherche en génétique qui permet de découvrir un grand nombre de ces éléments fonctionnels, mais non codants. En voici quelques exemples, ainsi que leurs diverses fonctions :
- les introns : les gènes codants pour les protéines sont composés de régions codantes (exons) séparées par des régions non codantes (introns). Les introns agissent comme des espaces entre les mots d’une phrase. Lorsque le gène est lu pour fabriquer une protéine, les introns sont coupés du message et les exons sont épissés ensemble ;
- télomères : ils protègent les extrémités des chromosomes de la dégradation lorsque l’ADN est copié dans le cadre de la réplication de l’ADN ;
- ADN satellite : il s’agit de séquences d’ADN hautement répétitives disséminées dans le génome. Elles sont généralement composées de quelques nucléotides qui se répètent en tandem sur de longs tronçons. Elles peuvent jouer un rôle important dans la structure des chromosomes et de la chromatine ;
- gènes d’ARN non codants : ces éléments d’ADN codent pour des molécules d’ARN qui ne deviennent pas des protéines. Les molécules d’ARN peuvent jouer de nombreux rôles essentiels, notamment celui de réguler l’expression d’autres gènes ;
- éléments de régulation : ces séquences d’ADN contrôlent quand les gènes sont activés, pendant combien de temps, et dans quels types de cellules et de parties du corps, ils le sont. Les éléments régulateurs courants sont les promoteurs, les amplificateurs et les silencieux. Les éléments de régulation des gènes contiennent des séquences d’ADN qui agissent comme des sites de liaison pour les protéines ;
- pseudogènes : les pseudogènes peuvent réguler l’activité de gènes normaux, et partager des éléments de régulation comme les promoteurs, les amplificateurs et les silencieux.
Possibilités futures de l’ADN non codant dans la recherche
Un domaine encore inexploré
Dans l’évolution, rien n’est fait par hasard. Bien qu’elles aient été autrefois considérées comme de l’« ADN poubelle« , de toute évidence, les séquences d’ADN non codant peuvent jouer un rôle important dans la régulation de l’expression des gènes. Néanmoins, compte tenu de sa taille, de sa complexité et de son potentiel, l’ADN non codant représente encore une dimension relativement inexplorée de la fonction, de l’organisation et de l’évolution du génome.
Un potentiel remède contre le cancer
L’un des domaines étudiés par les scientifiques est la manière d’utiliser l’ADN non codant pour traiter le cancer. Par exemple, les chercheurs expérimentent l’activation des éléments transposables (ET), qui sont des séquences d’ADN capables de « sauter », et de s’insérer dans de nouvelles positions de l’ADN. Le déplacement des éléments transposables stimule souvent le système immunitaire. La réactivation de ces séquences non codantes dans les cellules cancéreuses pourrait donc être un moyen pour inciter le système immunitaire d’une personne à combattre le cancer.