Les vrais jumeaux issus d’un seul œuf sont conçus avec exactement le même matériel génétique de leurs deux parents. Mais une nouvelle étude publiée le 7 janvier 2021 dans le journal Nature Genetics montre qu’ils ne seront pas génétiquement identiques, le jour de leur naissance.
Pour 15% des jumeaux identiques, l’un des jumeaux possède des mutations que l’autre ne possède pas. « Il peut y avoir entre 10 à 15 mutations » chez un des enfants, déclare l’auteur principal de l’étude, Kari Stefansson, de la société deCODE genetics. Une dizaine de mutations sur les 6 milliards de paires de base que contient notre ADN, cela fait à peine 0,0000002% d’ADN différent.
L’étude ne spécifie pas encore à quel endroit du génome les mutations surgissent, cela fera l’objet d’une étude future. DeCODE Genetics est filiale de Amgen, une société biopharmaceutique qui étudie le génome humain.
L’étude ne porte pas sur les jumeaux dizygotes qui sont conçus à partir de deux ovules distincts fécondés par deux spermatozoïdes. Appelés faux jumeaux, ils n’ont pas exactement le même patrimoine génétique, même s’ils ont beaucoup d’ADN en commun. Il faut se rappeler que chaque parent transmet seulement la moitié de son patrimoine génétique à son enfant.
A quel moment de la grossesse les mutations se produisent-elles ?
Les mutations se produisent chez les jumeaux identiques (monozigotes) au tout début de la grossesse. Au moment où leurs cellules tissent de nouveaux brins d’ADN et où elles se divisent en plusieurs cellules.
Les paires de jumeaux identiques ont en moyenne 5,2 mutations qui se produisent très tôt dans le développement fœtal, d’après les auteurs de cette étude. « Une observation surprenante : chez de nombreuses paires de jumeaux, certaines mutations se retrouvent dans presque toutes les cellules d’un des jumeaux et sont totalement absentes chez l’autre jumeau. »
La gémellité monozygote se produit lorsqu’un seul ovule fécondé, appelé zygote, se divise et donne lieu à deux embryons séparés. Cela se produit généralement entre 1 et 7 jours après fertilisation, explique Kari Stefansson.
Dans des cas plus rares, les jumeaux se séparent entre le 8e et le 13e jours, au moment de la nidation dans l’utérus. Ils partagent alors la cavité amniotique, le même placenta et donc chorion (grossesse monochoriale monoamniotique).
Plus la séparation est tardive, plus les jumeaux auront accumulé de cellules avant de se séparer. Donc si l’un des jumeaux a beaucoup de mutations que l’autre n’a pas, il est possible :
- Qu’ils se soient séparés au tout début de leur développement, juste après la première division de l’ovule commun.
- Soit que le zygote se soit divisé après la formation d’un amas d’une douzaine de cellules. Mais le groupe de cellules ne se serait pas réparti équitablement entre les deux jumeaux. Un des jumeaux peut avoir accroché un amas de cellules provenant pour la plupart d’une même cellule souche et étaient donc porteuses de mutations communes, alors que l’autre jumeau aurait reçu un amas de cellules d’autres cellules souches, donc dépourvues de ces mutations.
Certaines de ces mutations resteront probablement sans conséquence… mais d’autres pourraient engendrer des maladies, d’après Kari Stefansson. Les études sur les jumeaux permettent d’explorer ce qui au final aura le plus d’influence sur un trait donné : les facteurs environnementaux ou la génétique?
Un travail de détective: génotypage des jumeaux, leurs parents et de leurs enfants
Les auteurs de l’étude ont effectué un travail de détective en analysant l’ADN des participants sur trois générations. Il y avait 387 paires de jumeaux identiques et 2 groupes de triplés monozygotes, mais aussi tous leurs parents, leurs conjoints ainsi que leurs enfants.
Ils ont séquencé le génome de chacun, c’est-à-dire fait un relevé de l’ensemble de leurs gènes. Souvent, lorsque l’on effectue un test de paternité ou de prédisposition aux maladies génétiques, le laboratoire ciblera entre une vingtaine et une centaine de régions d’ADN.1
En séquençant le génome de tous les membres de la famille, l’équipe a suivi quelles mutations apparaissaient chez chaque jumeau et si ces mutations étaient ensuite transmises à leurs enfants.
Des mutations transmises par les jumeaux sur plusieurs générations
Lorsqu’une mutation est transmise sur plusieurs générations, cela indique qu’il s’agit d’une mutation germinale. Elle se trouve dans les ovules ou les spermatozoïdes et leurs précurseurs. Si cette même mutation apparaît également dans les cellules somatiques (cellules non reproductrices) du parent, alors cette mutation s’est produite, très tôt, aux premiers stades embryonnaires.
Durant les premières deux semaines après la fécondation, aucune cellule n’a encore été programmée pour devenir une cellule germinale. Toutes les cellules peuvent donc recevoir les mêmes mutations.
Après la différenciation entre cellules germinales et somatiques, les nouvelles mutations apparaissant sur des cellules somatiques ne seront pas transmises à ses futurs enfants.
Seules celles affectant les cellules reproductrices (germinales) seront passées à sa descendance, d’après le National Cancer Institute.
Les auteurs concluent : « si l’on trouve une mutation à la fois dans l’échantillon sanguin d’un jumeau et chez les enfants du jumeau, alors cette mutation s’est produite dans le 1er stade de développement embryonnaire » d’après le Dr Gao.
Des mutations non uniformes : le mosaïcisme
En plus de suivre les mutations sur plusieurs générations, les auteurs de l’étude ont également cherché des mutations présentes chez les deux jumeaux, mais par uniformément sur toutes leurs cellules.
Ce phénomène, le mosaïcisme indique que la mutation est apparue après la fécondation d’un ovule unique mais juste avant la division de l’œuf en deux jumeaux identiques.
Lorsque la mutation survient tôt dans le développement de l’embryon, la proportion de cellules mutées est d’autant plus importante.
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Des mutations constatées chez 15% des jumeaux identiques
Donc avec ces deux méthodes, l’équipe a pu établir quelles mutations étaient apparues au tout début du développement et que chez 15% jumeaux identiques testés, l’un des deux portait jusqu’à 10 et 15 mutations que l’autre n’avait pas.
Donc les scientifiques ne doivent pas supposer que les vrais jumeaux partagent un ADN identique à 100 %. C’est important car lorsque l’on assume que des jumeaux sont parfaitement identiques à 100%, on va surestimer l’influence des facteurs environnementaux. Mais en fait, la source d’une maladie ou d’un trait génétique pourrait être simplement une mutation génétique, déclare Stefansson.
Ceci dit, « de telles différences génomiques entre jumeaux identiques restent très rares, de l’ordre de quelques différence sur 6 milliards de paires de base ». Les paires de base sont regroupés par deux (A avec T et C avec G) pour former les échelons de la molécule d’ADN. On ne sait pas si ces quelques mutations affecteront le fonctionnement des cellules et en général, nous doutons que ces seuls changement puisse créer des différences phénotypiques, donc observables, conclut le Dr Gao.