Barbara McClintock - Définition

Découverte d'éléments contrôles

Durant l'été de 1944 à Cold Spring Harbor, McClintock débuta l'étude systématique de la mosaïque des patrons de couleurs des semences de maïs et de l'instabilité de son héritage. Elle identifia deux nouveaux loci génétiques dominants interagissant qu'elle nomma Dissociator (Ds) et Activator (Ac). Elle trouva que le Dissociator ne permettait pas seulement la dissociation mais était aussi la cause de la cassure du chromosome, et ajoutait une variété d'effets sur les gènes voisins lorsque l'Activator était aussi présent. Au début de 1948, elle fit la surprenante découverte que les Dissociator et Activator pouvaient transposer, ou changer de position, sur le chromosome. Elle observa les effets de la transposition de Ac et Ds par le changement du patron de coloration des grains de maïs à travers des générations aux croisements contrôlés, et décrivit la relation entre deux loci à l'aide d'analyse microscopiques complexes. Elle en a conclu que Ac contrôlait la transposition de Ds du chromosome 9, et que le mouvement de Ds était accompagné par la brisure du chromosome. Lorsque Ds se déplace, le aleurone- color gene est relevé de son effet suppresseur de Ds et est transformé en une forme active, laquelle initialise la synthèse du pigment dans les cellules. La transposition de Ds se fait au hasard des différentes cellules, il est possible qu'il se déplace dans certaines et d'autres non, ce qui cause la mosaïque de couleurs. La grosseur de la zone colorée sur les semences est déterminée par leur stade de développement au moment de la dissociation. McClintock trouva aussi que la transposition de Ds est déterminée par le nombre de copies de Ac dans la cellule.

Entre 1948 et 1950, elle développe une théorie portant ces éléments mobiles régulant les gènes par inhibition ou modulation de leur action. Elle utilisa les mots Dissociator et Activator comme des "controlling units"—plus tard, comme "controlling elements"— pour les distinguer des gènes. Elle émit l'hypothèse que la régulation génique pouvait expliquer comment des organismes multicellulaires complexes composés de cellules aux génomes identiques pouvaient avoir des cellules aux fonctions différentes. La découverte de McClintock défiait le concept d'un génome comme un ensemble d'instructions statiques passées entre les générations. En 1950, elle publia son travail sur Ac/Ds et ses idées sur la régulation génique dans un article intitulé The origin and behavior of mutable loci in maize dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences. Durant l'été 1951, lorsqu'elle présenta son travail sur la mutabilité des gènes du maïs au symposium annuel à Cold Spring Harbor, le papier présenté était plutôt intitulé "Chromosome organization and genic expression".

Son travail sur les éléments régulateurs et la régulation génique était conceptuellement difficile et ne fut pas immédiatement compris et accepté par ses contemporains; elle décrivit la réception de sa recherche comme "puzzlement, even hostility (perplexe, même hostile)". Malgré cela, McClintock continua à développer ses idées sur les éléments de contrôle. Elle publia un article dans Genetics en 1953 où elle présentait toutes ses données statistiques et entreprit en 1950 une tournée de conférences dans les universités pour parler de ses travaux. Elle continua ses investigations et identifia un nouvel élément qu'elle nomma Suppressor-mutator (Spm), lequel, bien que similaire à Ac/Ds démontrait un comportement plus complexe. Se basant sur les réactions des autres scientifiques à son travail, McClintock sentait qu'elle risquait de s'aliéner le courant de pensée dominant en science, et à partir de 1953, arrêta de publier les résultats de ses recherches sur les éléments de contrôle.

Les origines du maïs

Variétés de maïs

En 1957, McClintock reçut de l'argent de la National Science Foundation, et la Fondation Rockefeller la commandita afin qu'elle débute des recherches sur le maïs en Amérique du Sud, un endroit riche en variété d'espèces. Elle s'intéressa à l'évolution du maïs, et se rendre en Amérique du Sud lui permet d'y travailler. McClintock explora les caractéristiques chromosomiques, morphologiques, et évolutionnaires de plusieurs races de maïs. À partir de 1962, elle supervisa quatre scientifiques travaillant sur le maïs d'Amérique du Sud à l'Université de Caroline du Nord, à Raleigh. Deux de ces récipiendaires de la Rockefeller, Almeiro Blumenschein et T. Angel Kato, continuèrent leurs recherches sur les races de mais sud-américain jusqu'aux années 1970. En 1981, Blumenschein, Kato, and McClintock publièrent Chromosome constitution of races of maize, qui est considéré comme l'étude référence sur le maïs et qui contribua significativement aux domaines de la botanique de l'évolution, l'ethnobotanique et la paléobotanique.

Redécouverte des éléments de contrôle de McClintock

McClintock prit officiellement sa retraite de sa position de Carnegie en 1967, et elle fut faite « Membre distinguée du service de Carnegie Institution de Washington ». Cet honneur lui permit de continuer son travail avec les étudiants gradués et ses collègues du Cold Spring Laboratory en tant que scientifique émerite. En référence à sa décision prise 20 ans plus tôt de ne plus publier ses résultats sur les éléments de contrôle, elle écrivit en 1973 :

Over the years I have found that it is difficult if not impossible to bring to consciousness of another person the nature of his tacit assumptions when, by some special experiences, I have been made aware of them. This became painfully evident to me in my attempts during the 1950s to convince geneticists that the action of genes had to be and was controlled. It is now equally painful to recognize the fixity of assumptions that many persons hold on the nature of controlling elements in maize and the manners of their operation. One must await the right time for conceptual change. Traduction: doute|Au cours des années, j'ai trouvé qu'il était difficile si ce n'est impossible … Cela devenait douloureusement évident que mes essais durant les années 1950 pour convaincre les généticiens que les actions des gènes devaient et étaient contrôlées. Il était tout aussi douloureux … On doit attendre le bon moment pour un changement conceptuel.

L'importance des contributions de McClintock fut mise en lumière dans les années 1960, lorsque les généticiens français François Jacob et Jacques Monod décrivirent la régulation génétique de l'opéron lactose, un concept qu'elle avait démontré avec Ac/Ds en 1951. Suite au papier de Jacob et Monod de 1961 dans le Journal of Molecular Biology, "Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins", McClintock écrivit un article pour American Naturalist comparant l'opéron lac et son travail sur les éléments de contrôle chez le maïs. La contribution de McClintock à la biologie n'est pas encore complètement reconnue comme ayant contribué à la découverte de la régulation génétique.

La découverte de la transposition a été attribuée à McClintock suite à la découverte de ce processus dans les bactéries et la levure vers la fin des années 1960 et du début de 1970. Durant cette période, la biologie moléculaire développa de nouvelles technologies, et les scientifiques furent capables de démontrer la base moléculaire de la transposition. En 1970, Ac et Ds furent clonés et il a été démontré qu'il s'agit de transposons de classe II. Ac est un transposon complet qui peut produire une transposase fonctionnelle, qui est requise pour permettre le déplacement de l'élément dans le génome. Ds avait une mutation dans son gène de la transposase, ce qui l'empêchait de bouger sans l'ajout d'une source de transposase. Tel que McClintock l'observa, Ds ne pouvait migrer en l'absence d'Ac. Spm a aussi été caractérisé comme un transposon. Des recherches ultérieures montrèrent que les transposons ne se déplacent généralement que sous l'effet d'un stress, tel que l'irradiation ou le breakage, fusion, and bridge cycle, ainsi leur activation sous un stress peut être la source de variation génétique durant l'évolution. McClintock comprit le rôle des transposons dans l'évolution et la connaissance du génome en fut beaucoup changé bien avant que la majorité des chercheurs l'aient compris. De nos jours, Ac/Ds sont utilisés comme un outil en biologie des plantes pour générer des plantes mutantes servant à la caractérisation de la fonction des gènes.

Honneurs et reconnaissances

McClintock a été récompensée par la National Medal of Science, une des plus importantes distinctions américaines, par Richard Nixon en 1971. Cold Spring Harbor nomma un bâtiment en son honneur en 1973. En 1981, elle devint la première récipiendaire de la bourse de la Fondation MacArthur, ainsi que par le Prix Albert Lasker pour la recherche médicale fondamentale, le Wolf Prize in Medicine et par la médaille Thomas Hunt Morgan de la Genetics Society of America. En 1982, elle fut récompensée par le prix Louisa Gross Horwitz pour sa recherche portant sur l'"évolution de l'information génétique et le contrôle de son expression." Elle reçut le Prix Nobel de physiologie ou médecine en 1983, remis par la Fondation Nobel pour la découverte des "éléments génétiques mobiles", plus de 30 ans après sa découverte initiale du phénomène des éléments de contrôle.

Elle fut récompensée par 14 doctorats honorifiques en sciences et d'un doctorat en Humane Letters (Litterarum humanarum doctor). En 1986, elle fut introduite au National Women's Hall of Fame. Durant ses dernières années de vie, McClintock mena une vie plus publique, spécialement après la publication en 1983 du livre d'Evelyn Fox Keller A feeling for the organism où elle racontait son histoire. Elle assurait une présence régulière à la communauté de Cold Spring Harbor, et donnait des conférences sur les éléments génétiques mobiles ainsi que sur l'histoire de la recherche en génétique aux scientifiques juniors. Une anthologie de ses 43 publications The discovery and characterization of transposable elements: the collected papers of Barbara McClintock a été publiée en 1987. McClintock mourut près de Cold Spring Harbor à Huntington, New York, le 2 septembre, 1992 à 90 ans ; elle ne s'était jamais mariée et n'a pas eu d'enfants.