Le dogme « un gène-une protéine » remis en question

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Dans un mémorable article paru dans les PNAS en 1941, George Beadle et Edward Tatum posèrent la première fondatrice de la biologie moléculaire moderne en clamant qu’à un gène correspondait un enzyme. Par extension ce dogme de la biologie a été réécrit « un gène-une protéine » car les protéines ne possèdent pas toutes une activité enzymatique. Tatum et Beadle reçurent le Prix Nobel de Médecine 17 ans plus tard pour cette découverte réalisée en étudiant des mutations chez la moisissure Neurospora crassa. Il faut replacer cette découverte dans son contexte d’alors. On ne connaissait même pas la structure de l’ADN ni le code génétique qui ne fut définitivement décrit qu’en 1961. Aujourd’hui des machines automatiques arrivent à élucider la séquence complète de l’ADN d’un organisme en quelques jours. Notre ADN contient environ 20000 gènes répartis dans 23 chromosomes. Pourquoi alors sommes-nous si différents du petit ver nématode Caenorhabditis elegans dont le génome réparti dans 6 chromosomes code également pour une vingtaine de milliers de protéines ?

Ce sont les progrès modernes d’investigation de la biologie moléculaire qui ont finalement répondu à cette question centrale. Intrigués par la présence de séquences non codantes au sein d’un fragment d’ADN les biologistes ont découvert une multitude de fonctions de modulation de l’expression des gènes puis lors de la transcription de l’ADN en ARN messager un niveau de remaniement permettant au final à un gène de coder pour plusieurs protéines. Comme le montre l’illustration ci-dessous tirée du magazine Quantum chaque enchainement polypeptidique final peut ne pas remplir des fonctions identiques.

L’autre niveau d’interaction des protéines entre elles au sein d’une cellule va permettre alors une différenciation de cette dernière et enfin l’interaction cellule-cellule qui fait également intervenir des protéines conduira à des organes différenciés. C’est la complexité de l’ADN humain qui finalement a rendu possible cette différence entre le ver nématode et l’être humain que nous sommes. L’équipe du Docteur Vidal au Dana-Farber Institute à Boston a examiné 1500 gènes humains et les produits protéiques de ces gènes. Il est apparu qu’un tiers de ces gènes codaient pour au moins deux protéines « soeurs » différentes bien que possédant des analogies de séquences élevées. En étudiant alors les interactions protéine-protéine de ces protéines soeurs avec 15000 autres protéines, les biologistes se sont rendu compte que seulement 21 % d’entre elles interagissaient de manière identique avec ces autres protéines.

À la vue de tels résultats il paraît évident que la régulation du niveau d’expression d’une protéine peut orienter radicalement la fonctionnalité d’une cellule. La biologie moléculaire n’en est donc qu’à ses débuts dans la compréhension de la complexité du monde vivant car tout semble beaucoup plus compliqué que le dogme « un gène-une protéine » …

Inspiré d’un article paru dans Quantum

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