thumb|300px|Un même œuf de tortue peut donner un mâle ou une femelle en fonction de la température. La détermination du sexe, l'utilisation des gènes codant soit l'un soit l'autre, dépend donc d'un phénomène épigénétique C. Pieau, « Différenciation du sexe en fonction de la température chez les embryons d'Emys orbicularis L. (Chélonien) », Ann. Embryol. Morphog., , 1974, .. vignette|300px|Schéma représentant les mécanismes de l’épigénétique : les marques biochimiques de méthylation apposées par des enzymes sur l’ADN conduisent à l’inactivation des gènes concernés. Les marques apposées sur les histones modifient l’état de compactage de la molécule d’ADN, favorisant ou au contraire limitant l’accessibilité aux gènes. L'épigénétique (mot-valise créé par Waddington en 1942 à partir de épigenèse et génétique.) est la discipline de la biologie qui étudie la nature des mécanismes modifiant de manière réversible, transmissible (lors des divisions cellulaires) et adaptative l'expression des gènes sans en changer la séquence nucléotidique (ADN).. Alors que la génétique correspond à l’étude des gènes, l’épigénétique s’intéresse à une « couche » d’informations complémentaires qui définit comment ces gènes sont susceptibles d'être utilisés par une cellule.
L'épigénétique constitue une sous-couche biologique commune à tous les apprentissages basés sur l'acquisition (stabilisation de la mémoire, plasticité cérébrale, adaptations métaboliques). Elle permet aux cellules de coder l'expérience vécue par des modifications de l'expression des gènes sans altérer la séquence d'ADN, contrairement aux mutations génétiques.
Dans l'histoire de ce sujet d'étude, l'épigénétique est d'abord mise en évidence par la différenciation cellulaire, puisque toutes les cellules d'un organisme multicellulaire ont le même patrimoine génétique mais l'expriment de façon très différente selon le tissu auquel elles appartiennent. Puis ce sont les possibilités d'évolution d'un même œuf en mâle ou femelle chez les tortues, en reine ou ouvrière chez les abeilles, qui prouvent que des mécanismes peuvent impliquer des facteurs environnementaux dans l'expression du patrimoine génétique.
En matière d'évolution, l'épigénétique permet d'expliquer comment des traits peuvent être acquis, éventuellement transmis d'une génération à l'autre, ou encore perdus après avoir été hérités. La mise en lumière récente de ces moyens épigénétiques d'adaptation d'une espèce à son environnement est, selon Joël de Rosnay en 2011, « la grande révolution de la biologie de ces cinq dernières années »Joël de Rosnay, Présentation de l'épigénétique, ; extrait vidéo tiré de la réunion, en avril 2011, de l'Université de la terre à l'UNESCO, intitulée .Jacques Attali, Étienne Klein, Joël de Rosnay, conférence complète, ., car elle montre que, dans certains cas, notre comportement agit sur l'expression de nos gènesL'existence de répresseurs et de dérépresseurs régulant l'expression d'un ou plusieurs gènes, connue depuis le , explique pourquoi le même ADN fait de son organisme porteur des organismes aussi différents d'aspect que d'abord une chenille, puis ensuite un papillon. Voir aussi Hsp90.. Elle explique aussi le polyphénisme, par exemple les changements de couleur en fonction des saisons (tel le renard polaire qui devient blanc en hiver).
L'épigénétique a des applications possibles en médecineA. P. Feinberg (2018), , New England Journal of Medicine, 378(14), p. 1323-1334., avec des perspectives thérapeutiques nouvelles notamment à l'aide d'« épi-médicaments », mais aussi en biologie du développement, agronomie ou nutrition.
Présentation left|thumb|Un même œuf fécondé d'abeille donnera soit une ouvrière s'il est pondu dans une cellule normale (hexagonale, au fond de l'image) où la larve est nourrie successivement à la gelée royale et à la bouillie larvaire, soit une reine s'il est pondu dans une cellule royale (au premier plan) où elle est nourrie exclusivement à la gelée royale. C'est une sélection épigénétique de l'expression d'un même génome.
Par exemple, une même larve d'abeille deviendra une reine ou une ouvrière en fonction de la façon dont elle est nourrie., et un même œuf de tortue peut éclore en mâle ou femelle en fonction de la température, par Françoise Jauzein (INRP) et Claude Pieau (Institut Jacques-Monod).. Il s'agit bien de l’expression du même code génétique global, mais des facteurs environnementaux ont sélectionné une expression plutôt qu'une autre, chacune étant disponible dans la « base de données » génétique.
Autrement dit, l'épigénétique concerne l'ensemble des mécanismes qui gouvernent la façon dont le génotype est utilisé pour créer un phénotype.
Principe Par analogie, on peut rapprocher le couple génétique - épigénétique à l'écriture et à la lecture d'un livre.
S'il existe une , sa lecture s'effectue de façon éminemment diverse en fonction des modifications épigénétiques qui sont apportées au génome et à la chromatine. La transmission de l'héritage génétique s'accompagne également de celle d'un héritage épigénétique.
Mise en évidence Sauf cas exceptionnel de mutation spontanée ou lors du développement des lymphocytes B ou T, les cellules issues d'une seule cellule œuf et dupliquées par mitose partagent exactement le même patrimoine génétique. Pourtant un neurone, un globule blanc, ou encore une cellule épithéliale sont très différentes les unes des autres. , cette différenciation cellulaire sur la base d'un même code génétique est un objet d'étude de la biologie du développement.
L'existence de phénomènes épigénétiques se trouve également illustrée par les différences physiques et biologiques constatées chez des animaux de laboratoire clonésHumpherys D (2001) . Science, 293(5527), 95-97., ou chez les clones naturels que sont les vrais jumeaux (monozygotes) chez qui les empreintes épigénétiques sont beaucoup plus semblables à 3 ans qu'à 50 ansFraga, M. F., Ballestar, E., Paz, M. F., Ropero, S., Setien, F., Ballestar, M. L…. & Esteller, M. (2005) Epigenetic differences arise during the lifetime of monozygotic twins. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 102(30), 10604-10609.. Les changements à l'épigénome au cours de la vie ont été caractérisés de . Une vaste étude est toujours en cours pour caractériser les différences entre jumeaux monozygotes Présentation de l'objectif en 2010 et site du projet.
Si ces mises en évidence concernent principalement des êtres pluricellulaires eucaryotes, des phénomènes épigénétiques ont aussi été mis en évidence chez des êtres unicellulaires aussi bien eucaryotes (par exemple la levure). que procaryotes..
Histoire thumb|En 1999, on met en évidence chez la linaire commune qu'une symétrie de ses fleurs (ci-dessus) se transmet sur plusieurs générations tout en restant réversibleCubas P, Vincent C, Coen E. An epigenetic mutation responsible for natural variation in floral symmetry. Nature 1999, 401:157-61.. Il est question d'épimutation et non pas de mutation de l’ADN, rare et définitive. L'histoire de l'épigénétique peut se rapporter aux théories qui se demandent si la totalité des caractéristiques d'un individu est contenue dans l'œuf dont il est issu, aux théories de l'influence du contexte sur la génétique, ou encore à la mise en évidence moléculaire de ces mécanismes et de la réversibilité sur quelques générations d'un caractère, en particulier s'il est créé par l'environnement.
Par ailleurs, le terme ou des formes dérivées, telle que L'épigénisation correspond à la transformation d'un minéral préexistant en un autre de même composition ; il s'agit souvent d'un changement dans la structure du minéral : par exemple, l'aragonite, contenue généralement dans des restes calcaires d'organismes, se transforme en calcite., sont également utilisés dans d'autres disciplines, par exemple la géologie.
Épigenèse Le mot épigenèse remonte à Aristote qui nommait ainsi le développement d'un œuf informe de façon graduelle aboutissant à un organisme aux tissus différenciés. Cette théorie s'opposa au préformationnisme dont les tenants qui se réclamaient d'Hippocrate postulaient que l'être vivant préexistait en miniature dans le germe.. La théorie de l'épigenèse fut soutenue par l'embryologiste William Harvey qui postulait en 1651 dans son ouvrage intitulé que « tout ce qui vit vient initialement d'un œuf.». À la même époque, la théorie préformationniste (ou préformiste) avait l'appui de Marcello Malpighi tandis que Nicolas Hartsoeker n’était pas préformiste, mais disséminationniste (hypothèse selon laquelle les germes des animaux sont incréés et dispersés à travers le monde)..
Le débat entre épigénisme et préformationnisme fut une controverse majeure de la biologie au cours des siècles suivants, à travers notamment l'ovisme et l'animalculisme. Elle prendra fin au milieu du avec le développement de la théorie cellulaire et du rôle de la cellule, déjà envisagée par Buffon dans son Histoire naturelle générale et particulière., dont la publication en volumes s'étend de 1749 à 1804.
Bénédict Morel propose, en 1857, une théorie de la dégénérescence expliquant que le « crétin des Alpes » était le dernier rejeton d’une longue lignée d'individus de plus en plus dégénérés, rejetant l'hypothèse d'un manque d'iode, pourtant confirmée depuisFrançois Gonon et Marie-pierre Moisan, L’épigénétique, la nouvelle biologie de l’histoire individuelle ? , Revue française des affaires sociales 2013/1-2 ().
Émergence de l'épigénétique left|vignette|Andrew Fire et Craig Mello ont reçu conjointement le Prix Nobel de médecine 2006 pour leur travail sur l'interférence par ARN de Caenorhabditis elegans, ver chez qui l'attirance pour une odeur acquise par l'expérience peut être transmise sur 3 générations, et jusqu'à 40 si cette caractéristique acquise est renforcée ; et chez qui l'épigénétique est associée à des modifications de longévité, transmises d'une génération à l'autreGreer E, Maures T, Ucar D, et coll. Transgenerational epigenetic inheritance of longevity in Caenorhabditis elegans. Nature 2011, 479 :365-71..
L'hypothèse de changements épigénétiques affectant l'expression des chromosomes a été émise par le biologiste russe Nikolaï KoltsovMorange M. La tentative de Nikolai Koltzoff (Koltsov) de lier génétique, embryologie et chimie physique, J. Biosciences. 2011. V. 36. P. 211-214. On attribue la paternité de l'épigénétique dans son sens moderne au biologiste et embryologiste Conrad Hal Waddington qui la définit en 1942Waddington C. H. 1942. Canalization of development and the inheritance of acquired characters. Nature 150 :563–565. comme une branche de la biologie étudiant les implications entre les systèmes gènes + environnement et leurs produits donnant naissance au phénotype d'un individu. Cette idée venait combler des lacunes du modèle génétique postulant une équivalence unique entre phénotype et génotype qui ne pouvait expliquer tous les phénomènes liés à la différenciation cellulairePar exemple : le noyau d'une cellule de peau d'amphibien transféré dans un œuf énucléé donne des animaux entiers (clones) ; un même génome peut donc avoir plusieurs destinées (l'ADN de la chenille et de son papillon est le même, et donc l'ADN seul ne nous informe guère sur la morphologie de l'individu) et sa détermination est réversible.. Il fut alors élaboré une théorie dans laquelle chaque cellule indifférenciée passait par un état critique qui serait responsable de son développement futur non uniquement lié à ses gènes, et pour cette raison qualifié dépigénétique car réunissant les questions d’embryogenèse (aussi appelée épigenèse depuis le ) et de génétique.