Gènes sauteurs : comment Barbara McClintock a obtenu un prix Nobel en croisant des maïs

Gènes sauteurs : comment Barbara McClintock a obtenu un prix Nobel en croisant des maïs

Yewande Pearse*

J'aime le maïs. Ma recette préférée est de le griller jusqu'à ce qu'il soit carbonisé, puis de le recouvrir de coriandre en purée dans une crème aigre mexicaine, de la feta, du piment, du citron vert et beaucoup d'ail. Délicieux.

J'aime beaucoup le maïs, mais pas autant qu'une femme : Barbara McClintock. Pendant près de 70 ans, elle ne pouvait pas en avoir assez et, en 1983, son addiction lui valut le prix Nobel.

En croisant méticuleusement le maïs, McClintock a montré que l’ADN est bien plus compliqué que ne le pensaient les scientifiques. L’ADN, le plan directeur de la vie, est étroitement enroulé dans des structures ressemblant à des bâtonnets, appelées chromosomes, dont nous avons 23 ; il mesure environ deux mètres de long lorsqu’il est déployé. On vous a peut-être dit que nos gènes sont des instructions stockées sur l'ADN de nos chromosomes, comme des informations stockées sur bande magnétique dans les années 1980. Lisez ces instructions et le tour est joué ! Vous pouvez construire un organisme.

Cependant, dans les années 1930 et 1940, les travaux de McClintock ont montré que certains gènes n'existaient pas en position fixe sur les chromosomes, mais pouvaient en réalité sauter d’une partie du chromosome à l’autre. Ces « gènes sauteurs » sont maintenant appelés éléments transposables. Elle a également constaté que le génome n'est pas simplement une base de données passive d'informations, mais un système sensible et dynamique, contenant une multitude d'éléments qui interagissent avec leur environnement et entre eux. Ses idées étaient vraiment radicales à l'époque et se heurtaient à « la perplexité et même à l'hostilité », comme elle l'a décrit. Il a fallu plus de 20 ans à tous les autres pour la rattraper.

Crédit : Bibliothèque de l'American Philosophical Society -  Barbara McClintock Papers/ Bibliothèque Nationale de Médecine

Éducation et recherches

McClintock est né en 1902 à Hartford, Connecticut. Son père était un médecin homéopathe dont les parents avaient émigré de Grande-Bretagne, et sa mère, une femme au foyer, poète et artiste issue d'une famille bostonienne de la classe moyenne supérieure. En grandissant, McClintock, l'un des quatre enfants, aimait être seule et lisait souvent seule pendant des heures dans une pièce vide. La solitude lui convenait également à l'âge adulte, où elle est devenue une pionnière de la cytogénétique du maïs, la combinaison des techniques génétiques classiques et de l'examen microscopique des chromosomes.

Son histoire d’amour avec la génétique a commencé en 1921, quand elle a suivi un cours de génétique à l’Université d’Agriculture de Cornell, sous la direction de C.B. Hutchison, sélectionneur de plantes et généticien. Hutchison a été impressionné par McClintock et l'a invitée à participer au programme de troisième cycle en génétique. C'est parti comme ça. En 1923, elle obtint son baccalauréat (licence), sa maîtrise en 1925 et, en 1927, son doctorat – un exploit tout à fait louable pour une femme de 24 ans à l'époque.

Après avoir obtenu son doctorat à Cornell, McClintock est restée comme enseignante et a réuni un groupe très rapproché de phytogénéticiens et de cytologistes au sein du Département de l'Amélioration des Plantes ; il comprenait deux autres étudiants diplômés, Marcus Rhoades et George W. Beadle (qui obtiendra également un prix Nobel) et le chef de département Rollins A. Emerson.

« Nous étions considérés comme très arrogants », a-t-elle déclaré. « Nous étions en avance sur toutes ces autres personnes et elles ne pouvaient pas comprendre ce que nous faisions. Mais nous, nous le savions et nous formions un groupe très uni. »

Dans les années 1930, les outils dont nous disposons aujourd'hui pour lire simplement un code génétique et le relier à un trait particulier n'existaient pas ; le fait que les gènes étaient codés dans l'ADN n'avait même pas encore été découvert. Pour comprendre les mécanismes de la transmission héréditaire chez les plantes, Barbara McClintock devait s’appuyer sur les croisements du maïs et produire des hybrides. Ses recherches portaient sur la découverte d'un moyen de visualiser les chromosomes du maïs et de caractériser leur forme dans les hybrides, ce qui a permis d'alimenter le domaine de la cytogénétique du maïs à Cornell. En 1932, McClintock s’installa à l’Université du Missouri pour travailler avec le généticien Lewis Stadler, qui lui enseigna comment utiliser les rayons X pour introduire des mutations dans les chromosomes. Elle s’est avérée très douée pour cela.

Recherches de calibre Nobel

En 1941, McClintock a pris un poste de recherche à Cold Spring Harbor, à Long Island, où elle est ensuite devenue membre permanent du corps professoral, et a acquis une réputation de ténacité. Mon histoire préférée à propos de McClintock est celle où elle racontait à un groupe d'étudiants – y compris un jeune James Watson, l'un des scientifiques qui allait découvrir la structure en double hélice de l'ADN – que des balles égarées atterrissaient dans sa culture pendant leurs parties de baseball. Watson a décrit McClintock « comme votre mère » – et pas dans le bon sens. Il ignorait que ses recherches sur la génétique du maïs contesteraient la version simplifiée de l'ADN que ses propres travaux soutiendraient par la suite.

McClintock est restée à Cold Spring Harbor pour le reste de sa carrière. Elle a passé une grande partie de son temps là-bas à étudier la relation entre les motifs de couleur sur les plants de maïs et l'aspect de leurs chromosomes au microscope. S'appuyant sur ce qu'elle avait appris au Missouri, elle a utilisé des rayons X pour détruire des sections de chromosomes afin de déterminer l'emplacement des gènes, leur action et leur mutation, en reliant les modifications des gènes sur les chromosomes aux modifications des traits sur les plantes.

Cependant, il y avait deux éléments génétiques que McClintock ne pouvait pas localiser sur un chromosome et elle a conclu que c'était parce qu'ils n'étaient pas fixés à une position particulière – ils semblaient sauter sur les chromosomes et cela expliquait pourquoi certains maïs n'étaient pas de couleur unie mais avaient un motif de pigmentation en mosaïque. Ce phénomène avait déjà été décrit – on les appelait « éléments transposables » – mais McClintock avait une nouvelle théorie à leur sujet : elle pensait qu'ils étaient responsables du contrôle et de la régulation de la manière dont les gènes adjacents étaient exprimés et que c'était une caractéristique délibérée de la façon dont le génome fonctionne non seulement dans le maïs, mais dans d'autres organismes comme l'homme.

McClintock n'avait pas tout à fait raison. Premièrement, les gènes sauteurs – les transposons – existent en abondance ; aujourd'hui, nous savons qu'ils représentent 50 % du génome humain. Deuxièmement, il existe bien des éléments de contrôle dans le génome qui agissent comme des commutateurs moléculaires – ils sont responsables du passage d'un gènes de la position « marche » à la position « arrêt », mais ce ne sont pas des transposons. Ces éléments, qui régulent l’expression des différents gènes et des caractères à différents stades du développement et permettent à différents types de cellules ayant le même génome de présenter différents schémas d’expression génique, se situent en réalité à côté des gènes qu’ils contrôlent et restent en place. Néanmoins, elle était tombée sur une idée fondamentale importante concernant la génétique. Mais lorsqu'elle a présenté ce qu'elle croyait être les découvertes les plus importantes de sa carrière au symposium annuel de Cold Springs Harbor en 1951, son travail n'a pas été bien accueilli ; ses pairs ne pouvaient pas suivre ses théories, qu’ils considéraient comme absurdes.

Découragée, elle décida de ne plus se soucier de publier son travail. Mais elle n’a pas cessé de travailler sur la génétique du maïs : « Quand vous savez que vous avez raison, vous savez que tôt ou tard, les résultats seront mis en lumière », a-t-elle déclaré.

Dans les années 60 et 70, des groupes de scientifiques indépendants ont commencé à décrire la régulation génétique et le phénomène de transposition chez les bactéries. En 1960, François Jacob et Jacques Monod ont décrit la régulation génétique des bactéries. (Ne manquant pas l'occasion, McClintock a répondu en 1961 avec un article : « Some Parallels Between Gene Control Systems in Maize and in Bacteria » (quelques parallèles entre les systèmes de contrôle des gènes chez le maïs et les bactéries).) Les travaux précédents de McClintock ont commencé à gagner en crédibilité et finalement, en 1983, à l'âge de 81 ans, elle obtint la reconnaissance qu'elle méritait et reçut le prix Nobel de physiologie ou de médecine pour « la découverte des éléments génétiques mobiles ». Apparemment, McClintock n'avait pas de téléphone à ce moment-là et elle a appris la nouvelle par la radio.

Sexisme ?

La grande découverte de McClintock a été rejetée par ses collègues masculins pendant des années. Dans le livre « A Feeling for the Organism: The Life and Work of Barbara McClintock » (une sensibilité pour l'organisme : la vie et l'œuvre de Barbara McClintock), Evelyn Fox Keller décrit cela comme une discrimination sexuelle, attribuant la reconnaissance tardive de son œuvre au fait qu'elle était une femme. C'est une histoire que nous entendons beaucoup. Watson et Crick c. Rosalind Franklin pour le prix Nobel de physiologie ou médecine, Hewish et Ryle c. Jocelyn Bell Burnell pour le prix Nobel de physique.

Cependant, cela n’a peut-être pas été le cas pour McClintock. Dans ses recherches pour son livre « The Tangled Field: Barbara McClintock’s Search for the Patterns of Genetic Control » (le monde enchevêtré : la quête de Barbara McClintock pour les schémas de contrôle génétique), l'historien de la biologie Nathanial Comfort a passé de nombreuses heures à parcourir la correspondance, les notes de recherche et les entretiens de McClintock. Il soutient que cette notion de discrimination fondée sur le sexe ne cadre pas avec les faits. À l'époque, elle était extrêmement bien respectée par ses collègues masculins et féminins.

Décrivant cette histoire de discrimination sexuelle comme une mythologie, apparue seulement lorsqu'elle a gagné en popularité dans la période qui a précédé son prix Nobel dans les années 70 et 80 et a commencé à donner plus d'interviews, il a expliqué lors d'une interview à la BBC en avril 2018 que sa reconnaissance tardive était en réalité due au fait que les éléments mobiles ont été réinventés dans les années 1960 lorsqu'ils ont été découverts dans les bactéries et placés dans un contexte différent.

Barbara McClintock est décédée en 1992, neuf ans après son prix Nobel. Quelle que soit la raison de sa reconnaissance tardive, cela n'a pas semblé la déranger – elle a dit au magazine People, en 1983 : « Cela peut sembler injuste de récompenser une personne qui a eu autant de plaisir au fil des ans. »

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* Yewande Pearse est une chercheuse basée à LA Biomed, affilié à UCLA. Elle est titulaire d'un doctorat en neurosciences de l'Institut de Psychiatrie. Suivez-la sur Twitter @yewandepearse.

Cet article a été publié à l'origine à Massive sous le titre « Meet Barbara McClintock, who used corn to decipher ‘jumping genes’ » (rencontrez Barbara McClintock, qui a utilisé le maïs pour déchiffrer les "gènes sauteurs").

Source : https://geneticliteracyproject.org/2018/10/25/jumping-genes-how-barbara-mcclintock-won-a-nobel-prize-by-crossbreeding-corn/