L’ARN
Principalement connu pour son rôle de messager, qui transfère l’information génétique de l’ADN vers les usines de fabrication des protéines situées à l’extérieur du noyau de la cellule, l’ARN est de plus en plus reconnu comme étant un acteur clé de l’histoire épigénétique. Actuellement, nous connaissons deux types d’ARN « épigénétique », les microARN, appelés petits ARN interférents ou siARN, et de très grands ARN non-codants (ARNnc). Les siARN participent à la mise en place d’une configuration fermée à certains endroits, notamment au niveau des séquences d’ADN répétées des centromères et dans d’autres régions du génome. Quant aux ARNnc, certains interviennent dans l’établissement d’une configuration « ouverte » dans des régions spécifiques du génome, alors que d’autres seront chargés d’installer la configuration « fermée » dans des régions données, voire même sur toute la longueur d’un chromosome. Dans certains cas, la transmission de la mémoire d’une configuration « ouverte » ou « fermée » lors de la division cellulaire nécessite la production continue de l’un de ces ARN, ce qui fait que ces ARN peuvent être considérés comme des marques épigénétiques.

Le nucléosome
Le nucléosome, formé de quatre protéines histone, est une structure utilisée pour compacter l’ADN à l’intérieur du noyau. Les protéines histone peuvent être modifiées à de nombreux sites différents en ajoutant ou en éliminant des petits groupes chimiques appelés acétyle-, méthyle-, et phosphoryle-, ou des groupements protéiniques plus grands appelés ubiquitinyle-. L’effet de telles modifications est de changer la nature du nucléosome d’une manière qui affecte, entre autres, dans quelle mesure la chromatine sera « ouverte » ou « fermée ». Certaines observations tendraient à prouver que des combinaisons spécifiques de modifications d’histone peuvent être lues comme un code, déterminant par exemple si les gènes qui leur sont associés doivent être activés ou non. On pense que ceci met en jeu un ensemble de facteurs qui reconnaissent et se lient à des modifications particulières, présentes à des endroits spécifiques d’une certaine histone. En plus des modifications d’histone, il existe un certain nombre de « variants » d’histones, apparentées à l’une des quatre histones de base mais possédant des propriétés spécifiques, comme par exemple celle de pouvoir aider un nucléosome à adopter une configuration plus « ouverte » ou « fermée ». Enfin, l’histone de liaison, appelée H1, joue un rôle important dans la régulation du degré de compaction des nucléosomes. Les modifications d’histone et les variants d’histones sont des acteurs clés des processus épigénétiques de tous les organismes.

La méthylation de l’ADN
L’ADN est constitué de quatre bases différentes qui représentent les quatre lettres du code génétique, l’adénine, la cytosine, la guanine, et la thymine. Le petit groupe chimique appelé méthyle- est parfois ajouté à une base, conférant ainsi un niveau supplémentaire d’information. Chez les organismes évolués (autrement dit, ceux qui ne sont pas des bactéries), la méthylation est essentiellement restreinte à la cytosine. La cytosine méthylée va de pair avec la formation de chromatine
« fermée » et donc avec l’inactivation des gènes. On pense que cela met en jeu un ensemble de facteurs capables de reconnaître les bases modifiées et de s’y lier. La méthylation de la cytosine semblerait être apparue comme système de « défense » contre des éléments d’ADN envahisseurs appelés transposons. Il aurait depuis été également adopté comme mécanisme de régulation épigénétique des gènes. Une importante caractéristique de la méthylation est qu’elle peut être fidèlement copiée durant le processus de réplication de l’ADN, c’est-à-dire quand les cellules doublent leurs chromosomes en prévision d’une division cellulaire imminente. Ceci illustre bien que l’information épigénétique est transmise d’une génération à l’autre. La méthylation de l’ADN a lieu dans de nombreux organismes évolués mais pas tous.