Nos génomes sont remplis d’un « ADN poubelle » qui pourrait être bien plus important que nous ne le pensions

Sur les quelque trois milliards de paires de bases qui composent le génome humain, seuls 2 % environ codent pour des protéines, les 98 % restants ayant des fonctions moins évidentes.

Considéré par certains comme de l’“ADN poubelle” inutile, ses origines, ses effets et son rôle potentiel dans l’évolution de la vie ont attiré l’attention des biologistes depuis qu’on a remarqué pour la première fois qu’il encombrait nos chromosomes dans les années 1960.

Aujourd’hui, des chercheurs de l’université de Tel Aviv, en Israël, ont apporté un éclairage essentiel sur les raisons de la persistance de l’ADN non codant, ce qui pourrait nous aider à mieux comprendre la grande variété de tailles de génomes dans le monde vivant.

En 1977, deux scientifiques, Richard Roberts et Phil Sharp, ont remarqué indépendamment l’un de l’autre qu’une bonne partie de cet ADN non codant n’était pas seulement dispersé entre nos gènes, mais les interrompait souvent au milieu de la séquence, une découverte qui leur a valu plus tard le prix Nobel.

Connus sous le nom d’introns, ils semblaient encombrer les cellules complexes comme les nôtres, tout en laissant intactes les cellules plus simples, comme celles des bactéries. Ils ont également ajouté beaucoup de travail au processus de traduction de l’ADN en quelque chose de matériel.

Chaque fois qu’une protéine était fraîchement fabriquée, ces interruptions devaient être supprimées du modèle génétique, ce qui obligeait à reconstituer les instructions de codage avant de les interpréter comme une protéine. Une comparaison quotidienne serait de devoir supprimer des milliers de mots absurdes pour pouvoir lire une phrase.

Ce mode de fonctionnement apparemment inutile est nécessaire dans toute la nature, à l’exception des bactéries et autres procaryotes.

Le nombre d’introns varie également considérablement d’une espèce à l’autre : l’homme en compte près de 140 000, le rat environ 33 000, la drosophile près de 38 000, la levure (Saccharomyces cerevisiae) 286 seulement et le champignon unicellulaire Encephalitozoon cuniculi 15 seulement.

Pourquoi l’évolution n’a-t-elle pas nettoyé ce gâchis par la sélection naturelle pour faire de nous des organismes plus efficaces ?

Et pourquoi, alors que les génomes ont une tendance naturelle connue à supprimer de l’ADN au lieu d’en ajouter au fil du temps, l’“ADN poubelle” ne semble jamais raccourcir, même après des millions d’années d’évolution ?

“Il est intriguant de constater que c’est le contraire qui se serait produit, car les eucaryotes ont des génomes plus grands, des protéines plus longues et des régions intergéniques beaucoup plus grandes que les procaryotes”, écrivent les scientifiques à l’origine de cette dernière étude sur les introns dans leur rapport récemment publié.

Selon les chercheurs, la suppression de tout morceau d’ADN intronisé autour des régions codantes serait susceptible de nuire à la survie de l’animal, car les sections codantes pourraient également être supprimées en même temps.

“Les délétions survenant près des frontières font parfois saillie vers la région conservée et sont ainsi soumises à une forte sélection purificatrice”, écrivent les chercheurs.

Cette “sélection induite par les frontières”, où une séquence neutre se trouve entre des régions codantes, créerait donc un biais d’insertion pour les courtes séquences d’ADN non codantes.

En fait, l’“ADN poubelle” agit comme un tampon de mutation, protégeant les régions qui contiennent les séquences plus sensibles nécessaires au codage des protéines.

Les chercheurs ont créé un modèle mathématique pour montrer cette dynamique en action.

Auparavant, il a été suggéré que “le biais de délétion entraîne un rétrécissement des génomes au cours de l’évolution”, explique l’équipe.

“Le résultat contre-intuitif selon lequel de longues séquences à évolution neutre peuvent émerger même en cas de fort biais de suppression est dû au rejet des suppressions qui envahissent les frontières hautement conservées des séquences neutres.”

Si leur modèle fournit une explication plausible de la variation de la longueur des introns au sein d’une espèce, il ne peut pas expliquer pourquoi ceux-ci diffèrent entre les espèces.

“Une explication triviale est que les paramètres du modèle eux-mêmes évoluent”, écrivent-ils. “Ainsi, différentes espèces ont des rapports de taux d’insertion/délétion différents et, éventuellement, une propension différente à l’émergence de régions conservées au sein des introns.”

Savoir qu’il existe un biais pourrait aider à expliquer la variété d’introns que nous voyons dans la nature, et pourquoi certains organismes semblent plus “chaotiques” génétiquement que d’autres.

L’origine exacte de ces interruptions est également un domaine de recherche en cours, avec une longue histoire de virus et de gènes périmés suggérés comme sources.

Il se pourrait même qu’il ne s’agisse pas de gènes non codants, chargés de fonctions dont nous n’avons pas encore connaissance. Ces dernières années, la science s’est éloignée de plus en plus de l’idée de décrire tous les introns comme de l’“ADN poubelle”, à mesure que l’on découvre de nouvelles fonctions possibles, notamment la transcription des introns en brins d’ARN qui supervisent la production de protéines.

Ce que nous pourrions considérer comme des déchets pourrait, à terme, être considéré comme un trésor génétique. Cela peut sembler une façon compliquée de construire un organisme, mais avec plusieurs milliards d’années d’évolution à son actif, la nature semble savoir ce qu’elle fait.

Cet article a été publié dans Open Biology.

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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche