Station Science 101 : Recherche en épigénétique dans l’espace – NASA
Un nombre croissant de recherches suggèrent un lien entre les mécanismes épigénétiques et une grande variété de maladies et de comportements, notamment le cancer, les maladies cardiovasculaires et auto-immunes et les dysfonctionnements cognitifs. L’épigénétique joue également un rôle dans les changements que subissent les humains et les autres êtres vivants dans l’espace.
Ce phénomène fait désormais l’objet d’études dans une grande variété de domaines, notamment les recherches en microgravité menées à bord de la Station spatiale internationale.
Alors, qu’est-ce que l’épigénétique ? Selon un papier de l’Institut national des sciences de la santé environnementale, il inclut tout processus qui modifie l’activité des gènes sans changer la séquence d’ADN réelle et qui conduit à des modifications pouvant être transmises à la progéniture. Essentiellement, il s’agit d’informations ajoutées à la séquence d’ADN de quatre bases : l’adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C) et la thymine (T).
La séquence de ces bases forme le code génétique pour le développement et le fonctionnement, essentiellement le modèle de chaque être vivant. L’épigénétique modifie un organisme en modifiant les gènes qui sont essentiellement activés ou désactivés sans modifier ce modèle de base. En d’autres termes, l’épigénétique entraîne un changement par modification de l’expression des gènes plutôt que par une altération du code génétique lui-même.
Les changements épigénétiques peuvent être provoqués par de nombreux stimuli extérieurs, allant des produits chimiques aux traumatismes en passant par l’exercice. Et contrairement à un changement ou une mutation génétique, un changement épigénétique peut s’inverser si le stimulus est supprimé. De nombreux changements épigénétiques sont positifs, voire essentiels, mais certains entraînent de graves effets néfastes sur la santé et le comportement.
Des années d’analyse ont montré que l’environnement du vol spatial modifie l’expression des gènes dans chaque organisme et type de cellule. L’épigénétique pourrait aider les scientifiques à comprendre comment cela se produit et pourquoi. L’étude de l’épigénétique pourrait révéler la voie utilisée par les cellules pour s’adapter et survivre en microgravité et révéler des moyens de contrôler les changements positifs ou de prévenir les changements négatifs.
Le Épigénétique L’enquête de la JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) a examiné si le ver rond C. elegans ont connu des changements épigénétiques et si ces changements se sont transmis d’une génération à l’autre. Les chercheurs ont observé des changements épigénétiques et ont conclu que l’expression de certains gènes, notamment les régulateurs négatifs de la croissance et du développement, est épigénétiquement affinée pour s’adapter à la microgravité.1
JAXA Épigénétique de la souris étudié les modèles d’expression génique modifiés chez la souris et les modifications de l’ADN de leur progéniture. L’enquête a identifié des altérations génétiques qui se produisent après une exposition à l’environnement de microgravité de l’espace.
Une étude de l’Agence spatiale italienne sur la perte osseuse subie par les astronautes lors de missions prolongées est associée à des altérations épigénétiques. Rôle du système endocannabinoïde dans la reprogrammation des cellules souches humaines pluripotentes dans des conditions de microgravité (SÉRISME) a évalué la formation de cellules osseuses en microgravité en utilisant comme modèle des cellules souches dérivées du sang humain. Les chercheurs ont signalé des changements épigénétiques spécifiques survenus dans les cellules dans l’espace.2
Un processus épigénétique que les chercheurs peuvent détecter est la méthylation, l’ajout ou la suppression d’un groupe méthyle (CH3) dans les bases de l’ADN, principalement là où les bases cytosine ou C apparaissent consécutivement. Le APEX-03-1 et APEX-03-2 des expériences ont examiné la méthylation de l’ADN et l’expression des gènes dans Arabidopsis thaliana des plantes cultivées à partir de graines à bord de la station spatiale et ont découvert des changements généralisés dans les modèles d’expression génétique.3 Ils ont également observé des changements épigénétiques, indiquant qu’ils jouent un rôle dans l’adaptation physiologique des plantes aux vols spatiaux.4
APEX-04 a confirmé cette constatation. Lorsque les enquêteurs ont perturbé la capacité d’une plante à effectuer ces changements épigénétiques, cette plante a eu davantage de difficultés dans l’espace.5 Habitat végétal-03 puis examiné si ces changements épigénétiques se transmettent aux générations suivantes.
En général, ces travaux ont montré que les plantes modifient leurs modèles d’expression génétique lorsqu’elles sont confrontées à des environnements étranges et utilisent des processus épigénétiques pour marquer les gènes qui aident à préparer la prochaine génération au même environnement. Ces marqueurs montrent quels gènes sont importants pour que la plante vive dans l’espace. Les chercheurs peuvent utiliser ces informations pour créer des plantes mieux adaptées à l’espace et aux environnements difficiles de la Terre.
Attendez-vous à voir davantage de recherches sur l’épigénétique en orbite maintenant que davantage d’outils sont disponibles pour permettre de séquencer immédiatement l’ADN au niveau révélant des changements épigénétiques tels que la méthylation. Les séquenceurs d’ADN traditionnels ne fournissent pas ce niveau d’informations sans traitement préalable de l’échantillon, mais les stations spatiales MinION le peuvent. Les scientifiques peuvent utiliser ces outils pour obtenir des instantanés en temps réel des changements au fur et à mesure qu’ils se produisent et potentiellement de la manière dont ils sont transmis aux générations suivantes.
Mélissa Gaskill
Bureau scientifique du programme de la Station spatiale internationale
Centre spatial Johnson
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Citations :
1 Higashitani A, Hashizume T, Takiura M, Higashitani N, Teranishi M, Oshima R, Yano S, Kuriyama K, Higashibata A. Régulation épigénétique médiée par l’histone désacétylase HDA-4 chez C. elegans en vol spatial. npj Microgravité. 1er septembre 2021 ; 7(1) : 33. DOI : 10.1038/s41526-021-00163-7.PMID : 34471121.
2 Gambacurta A, Merlini G, Ruggiero C, Diedenhofen G, Battista N, Bari M, Balsamo M, Piccirillo S, Valentini G, Mascetti G, Maccarrone M. Différenciation ostéogénique humaine dans l’espace : indices protéomiques et épigénétiques pour mieux comprendre l’ostéoporose. Rapports scientifiques. 6 juin 2019 ; 9(1) : 8343. DOI : 10.1038/s41598-019-44593-6. PMID : 31171801.
3 Nakashima J, Pattathil S, Avci U, Chin S, Sparks JA, Hahn MG, Gilroy S, Blancaflor EB. Le profilage du glycome et l’immunohistochimie révèlent des changements dans les parois cellulaires des racines d’Arabidopsis thaliana pendant le vol spatial. npj Microgravité. 22 août 2023 ; 9(1) : 1-13. DOI : 10.1038/s41526-023-00312-0.
4 Zhou M, Sng NJ, LeFrois CE, Paul AL, Ferl RJ. Epigénomique dans un environnement extraterrestre : altération spécifique à un organe de la méthylation de l’ADN et de l’expression des gènes provoquée par un vol spatial chez Arabidopsis thaliana. Génomique BMC. 12 mars 2019 ; 20(1) : 205. DOI : 10.1186/s12864-019-5554-z.
5 Paul AL, Haveman NJ, Califar B, Ferl RJ. La sous-unité 2 du complexe élongateur des régulateurs épigénomiques et la méthyltransférase 1 conditionnent de manière différentielle la réponse au vol spatial chez Arabidopsis. Frontières de la science végétale. 13 septembre 2021 ; 12691790. DOI : 10.3389/fpls.2021.691790.