Le moteur sous le capot de l'ADN

Mads Kaern

« Si vous pouvez concevoir et fournir le cadre réglementaire approprié, vous pourriez déclencher la production de médicaments à même les cellules cancéreuses. »

– Mads Kaern

Le génome humain a peut-être été complètement séquencé, mais il n’en demeure pas moins que travailler avec celui-ci demeure une tâche complexe. Mads Kaern tente d’élucider la façon dont les différentes composantes génétiques interagissent entre elles et fonctionnent ensemble en tant que système.

Voici, peut-être, la façon la plus difficile, inefficace et carrément ridicule d’apprendre comment fonctionne une voiture moderne : retirer les pièces une à la fois, et voir ce qui finit par se produire.

Pourtant, selon Mads Kaern, voilà plus ou moins comment se déroulait la recherche en génétique. « Par le passé, nous n’avions d’autre choix que d’analyser les gènes en les retirant, puis en en observant les effets, explique-t-il. Cela équivaut à peu près à tenter de comprendre le fonctionnement d’une voiture en y enlevant, disons, un câble. »

Cette approche ne fonctionnerait pas pour les voitures, parce que celles-ci sont constituées de nombreux systèmes complexes qui communiquent l’un avec l’autre et qui modifient le comportement de chacun, selon des conditions variables. L’information que fournit un capteur situé dans un moteur fait en sorte que la transmission automatique rétrograde lorsque le véhicule circule sur une colline; un signal provenant de la pédale d’accélération informe les injecteurs de combustible d’accélérer. Pour véritablement comprendre ce bolide lustré garé dans votre stationnement, il vous faut savoir comment chacune de ses composantes interagit avec les autres et comment elles fonctionnent en tant que système.

C’est à peu près ce que tente de faire Mads Kaern avec les gènes.

Un peu à l’image des pièces d’une voiture, les composantes de nos cellules interagissent et dictent le fonctionnement de nos gènes. Ces « réseaux régulateurs géniques » sont composés de protéines, de molécules d’ARN et même d’autres gènes. En réponse à différentes sortes de stimuli, ces réseaux génèrent des signaux qui déterminent si et comment un gène en particulier « s’exprimera » – s’il déclenchera la création d’une protéine ou d’un enzyme, s’il enverra un signal à un autre gène pour le pousser à l’action, ou s’il ne fera rien du tout.

Les répercussions ne sont pas à prendre à la légère. La façon dont nos gènes s’expriment dicte en grande partie notre état de santé. Le plus nous arrivons à comprendre le fonctionnement des réseaux régulateurs géniques, le plus nous serons à même de contrôler une multitude de maladies.

M. Kaern s’intéresse particulièrement aux principes qui régissent la structure de ces réseaux. Mais travailler avec le génome humain demeure une tâche complexe. « Il est très difficile d’analyser ces systèmes dans un contexte humain, explique-t-il, parce que nous n’avons pas encore identifié tous les gènes, ni tous les facteurs qui interviennent dans ces systèmes. » Pour simplifier le problème, il se sert actuellement de levure, un organisme unicellulaire doté d’un génome relativement simple. Il se sert de nouveaux outils en biologie synthétique pour créer des réseaux régulateurs artificiels et simples qu’il peut introduire dans les cellules de levure afin d’en observer les résultats. Les technologies à haut débit lui permettent de créer, tester et analyser des milliers de variations à la fois.

Mais – bien sûr – il y a autre chose. Pour reprendre l’analogie de la voiture : les composantes d’un véhicule fonctionnent toujours de la même façon, jusqu’à ce qu’elles soient usées. Vu sous l’angle de la statistique, leur comportement est déterministe. Même si les signaux du réseau régulateur sont les mêmes, on ne peut avoir la certitude qu’un gène donné de la cellule A réagira de la même façon que son homologue de la cellule B – on ne peut parler que d’une probabilité.

Ce étant, M. Kaern utilise des approches statistiques perfectionnées pour l’étude de la physique – son autre affectation à l’Université d’Ottawa.

L’objectif, bien sûr, n’est pas seulement de comprendre les réseaux régulateurs. « Nous voulons être en mesure de modifier ces réseaux de sorte qu’ils puissent répondre aux signaux spécifiques que nous aurons établis, et pour déclencher les comportements que nous souhaitons provoquer, explique le professeur Kaern. De plus, nous voulons pouvoir concevoir de nouveaux systèmes régulateurs. »

M. Kaern entrevoit des applications rapides en ingénierie d’organismes spécialisés qui pourront créer des biocombustibles à partir de différents types de déchets. Or, le summum, c’est les applications humaines. « Si vous pouvez développer et livrer les réseaux régulateurs appropriés aux cellules, explique-t-il, vous pourriez déclencher la production de médicaments à l’intérieur même des cellules cancéreuses. »

La prestation de réseaux sur commande sera un grand défi. C’est la thérapie génique qui rendra le tout possible; or, les obstacles dans ce domaine sont toujours très grands. Néanmoins, Mads Kaern a bon espoir qu’au cours de la prochaine décennie, lorsque sa recherche sera fin prête à être appliquée à des sujets humains, la thérapie génique le sera tout autant.

Cela signifie que nombre d’entre nous pourront éventuellement avoir accès aux mises au point nécessaires pour continuer à vrombir comme une Rolls sur l’autoroute de la vie.

 

par Harold Eastman

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