Biohacking, stress et expression génique
Les cellules sont des organismes organisés. Elles possèdent un livre de recettes (alias l'ADN), dont chaque chapitre est appelé gène et contient les instructions pour fabriquer les outils nécessaires. Les outils sont des protéines capables d'effectuer des réactions biochimiques (enzymes). Certains de ces outils sont fabriqués quoi qu'il arrive, et leurs gènes sont dits constitutifs ; d'autres outils ne sont fabriqués qu'en cas de besoin, et leurs gènes sont dits inductibles. Il existe de nombreux mécanismes pour ouvrir le livre de recettes au bon chapitre, activer le gène inductible et fabriquer l'outil correspondant.
Par exemple, certaines bactéries ne produisent des outils de réparation de l'ADN qu'après que l'ADN a été endommagé. Certaines bactéries ne produisent l'enzyme pour obtenir de l'énergie à partir d'un sucre particulier que lorsque ce sucre est à proximité. Les cellules humaines ne produisent des protéines de choc thermique qu'après avoir été soumises à un stress (UV, métaux lourds, haute température, etc.). Inversement, il existe des mécanismes pour moduler et entraver ou ralentir la production d'outils lorsque leurs gènes sont surexprimés.
Épigénétique et biohacking
L'art de contrôler l'expression génique est appelé épigénétique. Certains scientifiques pensent qu'il est possible d'intervenir par le biohacking, c'est-à-dire en jouant avec l'épigénétique et en produisant les outils nécessaires pour maintenir la peau en bon état et l'homéostasie de la peau jeune même à un âge avancé.
On peut rêver, par exemple, d'améliorer les capacités de réparation en induisant des gènes de stress, d'éliminer les décolorations cutanées en inhibant la transcription des gènes liés à la production de mélanine, ou d'améliorer l'hydratation de la peau (et de diminuer les démangeaisons) en activant le gène de la filaggrine dont l'expression est diminuée de 70 % chez les personnes âgées.
Biologie moléculaire en bref
L'ADN fait de l'ARN qui fait des protéines est le soi-disant dogme de la biologie moléculaire. Dans le passé, la question était de savoir « quelle partie de l'ADN fait quel ARN et comment ». L'ADN et l'ARN sont des polymères constitués de quatre blocs de construction appelés A, C, G et T (U au lieu de T dans l'ARN). La loi fondamentale qui dicte le comportement physico-chimique de l'ADN et de l'ARN (anciennement appelée règle de Chargaff) est que lorsque deux polymères d'ADN ou d'ARN s'appariement, G se lie à C, et A se lie à T (ou U dans l'ARN).
Séquences complémentaires
Deux séquences telles que
A C A T C C G T T C A
U G U A G G C A A G U
Sont dites complémentaires. L'essence de l'expression génique est exactement là. Des enzymes appelées ARN polymérases dépendantes de l'ADN se lient à des sites bien définis sur l'ADN appelés promoteurs, copient la séquence d'ADN en aval en synthétisant une molécule d'ARN appelée ARN messager (ARNm).
De l'ARNm aux protéines
Le messager apporte le message aux ribosomes, de grands organites dans le cytoplasme, qui traduisent la séquence du message en la séquence de la protéine qu'il code, selon le code génétique, avec un acide aminé incorporé séquentiellement dans la protéine naissante pour chaque triplet de nucléotides de l'ARNm.
Points d'intervention
Pour intervenir dans la voie menant de la liaison des ARN polymérases dépendantes de l'ADN à l'ADN à la libération de la protéine finale, on pourrait :
- Rechercher des molécules capables d'entraver ou de faciliter la liaison de la polymérase
- Modifier le taux de transcription de l'ARN messager
- Affecter la liaison du ribosome à l'ARNm
- Influencer le taux d'élongation des protéines
- Contrôler le renouvellement de l'ARN messager
La biologie moléculaire classique fournit des exemples de la façon d'intervenir sur l'expression génique. Les virus modifient la liaison à l'ADN des ARN polymérases dépendantes de l'ADN cellulaires et les font transcrire l'ADN viral au lieu de l'ADN cellulaire. La modification structurelle d'un facteur de transcription suite à un stress thermique le rend essentiel dans l'induction de l'expression des gènes de choc thermique et donc la réparation ou l'élimination des protéines endommagées. La mélatonine agit comme un puissant inhibiteur de la transcription de la 5-lipoxygénase et est donc un puissant agent anti-inflammatoire.
Un nouveau rôle pour l'ARN
Les observations rapportées dans les années soixante-dix et quatre-vingt selon lesquelles l'ARN complémentaire à un messager pouvait arrêter la synthèse des protéines étaient initialement considérées comme des curiosités intellectuelles. Cet « ARN complémentaire » était appelé ARN antisens, et il était compris qu'en se liant au messager complémentaire, il créait un encombrement stérique, empêchant les ribosomes de traduire l'ARNm en protéine.
Quarante ans plus tard, le prix Nobel de physiologie ou médecine 2024 a été décerné à Victor Ambros et Gary Ruvkun pour la découverte du microARN et de son rôle dans la régulation génique post-transcriptionnelle. Les scientifiques ont depuis découvert plus de mille gènes pour différents microARN dans les cellules humaines, montrant que la régulation de l'expression génique par les microARN est répandue chez les organismes supérieurs.
siARN et miARN
L'ARN interférent court (siARN) et le microARN (miARN) se lient à l'ARNm et :
- Déclenchent la dégradation de l'ARN messager
- Inhibent ou ralentissent la traduction en protéines
Ces mécanismes représentent une puissante couche de régulation génique au-delà de la transcription classique.
Qu'en est-il des soins de la peau ?
Le siARN et le miARN peuvent entraver l'expression génique soit en provoquant la dégradation de l'ARNm, soit en inhibant la traduction. Dans le traitement des maladies, ils présentent un avantage majeur sur les xénobiotiques pharmacologiques et les anticorps monoclonaux car ils reposent sur l'appariement de bases avec l'ARNm plutôt que sur la reconnaissance de la structure des protéines.
Cela signifie que les maladies non traitables par les médicaments traditionnels pourraient théoriquement être ciblées par l'interférence ARN, puisque tout gène d'intérêt peut être ciblé à l'aide de siARN ou de miARN. Plusieurs études indiquent des applications possibles de ces molécules en science cosmétique.
Défis de l'application
La principale difficulté de l'utilisation topique des traitements à base d'ARN réside dans leur instabilité :
- Les ARN peuvent être dégradés par les enzymes RNase
- Le microbiome cutané peut contribuer à la dégradation
- La délivrance à travers le stratum corneum est complexe
Pour surmonter ce problème, les chercheurs suggèrent d'encapsuler les ARN interférents dans des liposomes, tout en veillant à ce que des incompatibilités de séquence partielles ne créent pas de problèmes de sécurité.
Foire aux questions
Qu'est-ce que l'expression génique en termes simples ?
L'expression génique est le processus par lequel l'information stockée dans l'ADN est utilisée pour créer des protéines qui remplissent des fonctions essentielles dans la cellule. Elle suit la voie ADN → ARN → Protéine.
Qu'est-ce que l'épigénétique ?
L'épigénétique fait référence au contrôle de l'activité génique sans modifier la séquence d'ADN elle-même. Elle détermine quels gènes sont activés ou désactivés dans différentes conditions.
Comment le stress affecte-t-il les cellules ?
Des facteurs de stress comme les rayons UV, la chaleur ou les toxines peuvent activer des gènes spécifiques, tels que ceux qui produisent des protéines de choc thermique, qui aident à réparer ou à éliminer les composants cellulaires endommagés.
Quel est le rôle de l'ARN dans la régulation génique ?
Les molécules d'ARN comme le siARN et le miARN régulent l'expression génique en se liant à l'ARN messager, soit en le dégradant, soit en l'empêchant d'être traduit en protéines.
L'ARN peut-il être utilisé en soins de la peau ?
La recherche suggère que les approches basées sur l'ARN pourraient potentiellement cibler les gènes impliqués dans le vieillissement cutané ou les troubles, mais des défis comme la stabilité et l'administration doivent être relevés.
Références
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