Révolution génétique : Les cinq codes moléculaires de la cellule vivante

Un codon, trois nucléotides, un acide aminé. Les choses paraissent simples dans les années 1960 mais peu à peu, le schéma n’a cessé de se complexifier. Un généticien averti ne peut que croire à l’existence de multiples réseaux interactifs dont les processus juxtaposés et coordonnés relient le génotype et le phénotype d’une cellule, laquelle est en relation avec le milieu tissulaire où elle se situe. Par ailleurs, ce même généticien ne peut que penser à une complexité inaccessible, la partie émergée découverte ne représentant peut-être que 10 % du total, voire beaucoup moins. La représentation réductionniste d’une cellule est inaccessible ce qui n’empêche pas de tracer les grandes lignes permettant de catégoriser les processus. On s’aperçoit alors que le concept de cognition moléculaire, voire de sémantique moléculaire, s’applique à la compréhension de la cellule. De même qu’avec les médiateurs, il existerait une sémantique cellulaire, notamment dans le cerveau. Les molécules complexes comme les ARN et les protéines peuvent être conçues comme des agents communicants, surtout lorsqu’elles s’organisent en réseaux. On peut émettre cette hypothèse audacieuse d’une sorte de sens inhérent au monde moléculaire, sens dans l’acception de voie, orientation et finalité. Le réseau crée de la perception, de la cognition, du sens. D’où le paradigme de l’auto-cognition, très utile puisque celui de l’auto-organisation est dépassé, épuisé, saturé. L’auto-cognition ne signifie pas solipsisme. Elle renvoie à une émergence de la cognition en relation avec un milieu. L’auto-cognition représente une asymétrie dans la gestion des informations, une hiérarchisation émergeant comme une singularité au sein de l’immanence matérielle des homogénéités horizontales.

Après ces quelques remarques à usages herméneutique et heuristique pour qui veut les attraper au vol, intéressons-nous aux molécules complexes du vivant en essayant de recadrer radicalement la conception des processus. Les découvertes de ces deux dernières décennies nous y invitent car le schéma canonique de la biologie ne tient plus ; un gène, une protéine, c’est de l’histoire ancienne. L’abandon de ce schéma risque d’invalider les autres conceptions qui en découlent et notamment l’idée d’une expression des gènes régulée par divers facteurs. Si le gène n’est plus pertinent en tant qu’élément fondamental de description, alors l’expression génétique devient problématique ou du moins, se présente comme une approximation plus ou moins éloignée de la « réalité vivante ». Quelle piste proposer alors ? Les métaphores peuvent servir de guide si on les utilise avec prudence. Le génome comme disque dur offert au décodage par des systèmes protéiques et nucléotidiques concevables comme des « têtes de lecture complexes » qui seraient alors sélectives et spécifiques à chaque type cellulaire. D’où l’idée d’un premier décodage ce qui suppose un code, une sorte de sémantique moléculaire qui se déplace depuis le noyau vers le cytosol de la cellule, jusqu’aux super-molécules membranaires. En usant de la métaphore technologique, on pourrait penser qu’un décodage sophistiqué se produit pour passer de l’information génomique à l’information protéique, un peu à l’instar du lecteur de CD numérique qui à partir des bits restitue le signal analogique permettant d’attaquer les haut-parleurs. Mais la métaphore est trompeuse car le lecteur de CD est un système artificiel assemblé et reposant sur des principes électroniques alors que le vivant est auto-assemblé et surtout, il est un système auto-cognitif dont la réalisation repose sur des principes méta-physiques (l’énigmatique calculateur quantique)

Si on peut concevoir des procédures de décodage et a fortiori de codage, alors on peut penser qu’il existe plusieurs stades de décodage. Depuis le noyau jusqu’aux protéines repliées, modifiées et insérées dans les dispositifs supramoléculaires. Après le décodage génomique se situent plusieurs stages faisant intervenir les ARN et les protéines. On connaît en effet nombre de processus faisant intervenir les ARN non codant qui vont interférer avec les ARN produits par le décodage génomique et que les généticiens nomment pré-ARN. Ces séquences d’ARN censées être régulatrices peuvent être de petite taille, de l’ordre d’une vingtaine de nucléotides, auquel cas ces molécules sont désignées comme micro-ARN. A l’inverse, les lincARN sont comme leur sigle l’indique (long interfering non coding) des acides nucléiques possédant une taille respectable ; ils peuvent influencer la transcription en se fixant sur des séquences d’ADN complémentaires. Quant aux petits ARN interférant (siRNA en anglais), ils interviennent dans plusieurs processus. Ils modulent l’étape intermédiaire de l’expression en se liant aux ARN transcrits grâce à la complémentarité des séquences. L’hypothèse d’une pierre de Rosette a été évoquée pour décrire le fonctionnement des ces petites molécules regroupées sous le sigle ceRNA, autrement dit, l’ARN endogène « compétitif ». D’un autre côté, ces micro-ARN sont aussi impliqués dans la méthylation des gènes et donc on peut penser à une circulation de l’information dans les deux sens, le décodage puis la traduction, ou bien l’encodage et la modification de l’ADN qui de ce fait, joue un rôle de mémoire à l’échelle de l’existence, c’est-à-dire en superposition de la mémoire phylogénétique liée à la transformation des espèces sur des millions d’années.

On vient de décrire deux niveaux de décodage. Le troisième est certainement le code de l’épissage alternatif qui vient d’être découvert dans les années 2010 et qui a été hâtivement considéré comme un second code génétique. En fait, c’est le troisième décodage, celui qui précède le stade final de la traduction, processus extrêmement complexe faisant intervenir des ribonucléoprotéines et dont on ne retient en général que le code linéaire, celui qui traduit un triplet de nucléotides en un acide aminé. Le processus de décodage depuis le génome fait intervenir au moins quatre étapes avec pour chacune un ensemble de règles qu’on associera à une grammaire, voire une sémantique moléculaire. Enfin, l’univers entrelacés des protéines laisse penser qu’un cinquième code régit l’organisation des assemblages protéiques et des processus qui s’y déroulent. Notamment des processus de communication dont quelques uns ont été analysés et décrits comme phénomènes de transduction, lorsqu’un médiateur externe se fixe sur un récepteur membranaire couplé à des protéines transductrices qui, utilisant d’autres médiateurs internes, induisent une cascade de réponses à l’intérieur de la cellule. Ces processus découverts voici quelques décennies ne sont que la partie émergée d’un système de communication moléculaire bien plus vaste, avec un code complexe et des systèmes d’interprétation. Car la vie se conçoit maintenant avec un doublet « ontologique » ; (i) assemblages techniques et (ii) dispositifs perceptifs et cognitifs. Ces deux pôles étant évidemment entrelacés.

Pour résumer, voici les cinq codes moléculaires dont on ne connaît ni la grammaire ni la sémantique et que l’on conçoit comme des interfaces techniques et cognitives permettant au protéome périphérique et fonctionnel d’être en relation informationnelle avec le génome qui, ne l’oublions pas, contient un patrimoine informationnel identique pour toutes les cellules de l’organisme (si celui-ci est pluricellulaire bien entendu, avec pour un mammifère, entre deux et trois cents phénotypes cellulaires distincts). L’hypothèse fondamentale, c’est donc l’existence de processus moléculaires qualifiés de sémantiques, cognitifs et perceptifs, avec deux sens dans les flux d’informations et l’hypothèse du décodage et de l’encodage. Cette conception est à la fois globale et informationnelle, pour ne pas dire cognitiviste. On voit bien l’écart avec le paradigme des régulations, qu’il soit systémique ou réductionniste. Les flux apparaissent comme régulateurs mais en essence, ce sont des flux cognitifs. Il n’y a pas rétroaction mais plutôt encodage. Dans chaque cellule, l’ADN porte la mémoire d’interactions passées. Le modèle régulateur ne prend pas en considération la dimension expériencielle de chaque cellule dans l’organisme. Les régulations ne se conçoivent que dans le temps présent.

Résumons : (1, a) décodage génomique -> (2, a) décodage épigénétique avec les ARN non codant et les mARN -> (3, a) décodage par épissage -> (4, a) décodage par traduction avec ribosome et codons, (5, a et b) codage et encodage par les réseaux protéiques -> retour d’expérience moléculaire –> (4, b, encodage par rétro-traduction ?) -> (3, b, encodage par rétro-épissage ?) -> (2, b) encodage par interférences épigénétiques à support ribonucléique -> (1, b) encodage par modifications de l’ADN.

 Ce schéma n’a absolument rien de définitif. Il ne pose qu’un cadre général décrivant les flux moléculaires cognitifs à double sens dans une cellule. Il conduit de plus à élaborer une théorie de la cognition et sémantique moléculaire. Dernière précision, les étapes 4 et 3 de l’encodage sont facultatives pour que le schéma fonctionne. Les encodages avec 1, b et 2, b sont certains, les mécanismes étant partiellement dévoilés. Toutes des hypothèses sont évidemment révolutionnaires et ne seront acceptées que d’ici une bonne décennie.

La théorie de la sémantique moléculaire (à suivre peut-être)