Le dogme central - thème et variations

Le premier chapitre de ce cours a présenté le dogme central dans sa version la plus dogmatique (ADN -> ARN -> protéine), qui correpond à sa formulation originale par Francis Crick. Depuis lors, un certain nombre de phénomènes qui contredisent ce formalisme ont été décrits. Chacun ou presque a été salué comme une nouveauté sensationelle, remettant en cause notre vision du flux d'information dans les êtres vivants. Avec un peu de recul, les contradictions au dogme central apparaissent comme des épiphénomènes qui ne sauraient exister si le dogme lui-même n'était pas respecté dans la vaste majorité des manifestations de la vie sur terre.

Les principales transgressions au code ont été:

1. La transcription inverse. Elle a été découverte comme faisant partie du cycle réplicatif des rétrovirus, dont le plus connu est le virus du SIDA, le HIV. Le génome des rétrovirus est constitué d'ARN, qui est transcrit en ADN après infection et va s'intégrer dans le génome de l'hôte, d'où il est à nouveau transcrit pour former de l'ARN et des protéines virales. Il existe dans le génome de la plupart des eucaryotes des génomes rétroviraux, les rétrotransposons, défectifs en tant que virus mais encore capables de se multiplier dans le génome par transcription, transcription inverse, et réintégration. Les rétrotransposons sont devenus des facteurs significatifs dans l'évolution des espèces. Finalement, la transcription inverse réintroduit parfois des mRNA dans le génome.
2. La réplication de l'ARN. Ceci est une caractéristique de la plupart des virus à ARN, qui produisent leurs propres enzymes pour répliquer leurs génomes, dans des structures pratiquement indépendantes de la machinerie normale de l'hôte. Les virus étant en gros des petits groupes de gènes parasites ayant trouvé des stratégies diverses pour se propager, la réplication de leur ARN n'est pas une entorse majeure au dogme.
3. La pseudo-réplication des prions. Les prions sont des agents infectieux avec des caractéristiques similaires aux virus, mais qui ne contiennent pas d'acides nucléiques. Le dogme voudrait qu'ils ne puissent pas se répliquer, et ne puissent donc pas être infectieux. Il semble maintenant que les prions sont en effet des protéines porteuses d'information, mais que cette information n'est que structurelle: les prions, dérivés de protéines du cerveau, peuvent induire chez des protéines normales un changement de conformation qui se propage graduellement, et peut être transmis d'individu à individu. Les maladies à prions sont toutes des maladies dégératives du système nerveux central (en particulier la maladie des "vaches folles"). La différence majeure par rapport aux acides nucléiques est que l'information contenue dans les prions ne peut se propager qu'à des protéines pré-existantes, et n'est donc qu'inductive, non créatrice.

Le dogme central (bleu) et certaines de ses exceptions (rouge)

Il existe aussi des variations assez importantes entre procaryotes et eucaryotes dans la façon dont le code est stocké et interprété, même si sa substantifique moëlle, la traduction des codons, reste la même. Chez les procaryotes, une grande partie des gènes sont organisés en opérons, où un seul mRNA code pour une série de protéines avec des fonctions interdépendantes (p.ex. le métabolisme d'un composant nutritif). C'est une économie de taille génomique, de complexité, et d'énergie. D'autre part, les structures trop efficaces ont de la peine à évoluer.

Chez les eucaryotes multicellulaires, un mRNA ne code jamais pour plus d'une protéine, et on peut même argumenter que l'unité d'évolution est l'exon, qui représente souvent un domaine fonctionnel de la protéine. De plus, le phénomène de transcription inverse peut réintroduire dans le génome des copies sans introns des gènes, qui sont parfois transcrites mais ne sont pas fonctionelles à cause de la disparition des introns. Le génome accumule aussi des pseudogènes, non illustrés ici, qui résultent de duplication génique (l'un des moteurs de l'évolution) suivie de mutation laissant le gène non fonctionnel.