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Réseaux d’interaction protéine

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Réseaux biologiques[1][modifier]

Les systèmes biologiques sont extrêmement complexes. Les processus biologiques à l’intérieur des cellules caractérisés entre autres par les interactions entre les molécules qui s’y trouvent  ne peuvent être compris en étudiant molécule par molécule car elles fonctionnent souvent de manière différente suivant le mécanisme dans lequel elles sont impliquées.. Aussi, de nouvelles caractéristiques biologiques absentes dans des composants isolés apparaissent selon le type d’interaction entre ces composants. Ce qui explique l'intérêt pour les réseaux d’interactions, dont l’un des principaux défis consiste à comprendre et à analyser leurs structures et leurs dynamiques.  Les techniques de collecte de données à haut débit, le développement des bases de données moléculaires (protéines, gènes, métabolites…) facilitent l’étude et la génération de plusieurs types de réseaux biologiques.

Les réseaux biologiques sont généralement classés selon la nature des molécules impliquées.

Réseaux de régulation des gènes[1][modifier]

La transcription d’un gène en ARNm est régulée par les facteurs de transcriptions (FT), protéines avec au moins un domaine de liaison à l’ADN. En se liant à ces domaines, les FT  activent ou inhibent la production d’une autre protéine. Dans les organismes unicellulaires, les réseaux de régulation des gènes sont essentiels pour réguler l’activité cellulaire afin de survivre aux conditions environnementales externes. Dans les organismes multicellulaires, ces réseaux servent à l’activité cellulaire en fonction de la fonction particulière que la cellule doit remplir. Trois types de modèles ont été proposés pour les réseaux de régulation des gènes.

  1. Modèle logique ou booléen: description des réseaux de régulation d’un point de vue qualitatif pour comprendre si un gène est activé ou non à un moment donné de la vie du système
  2. Modèle continu: description des réseaux d’un point de vue quantitatif (concentration des molécules…)
  3. Modèle à molécule unique: basé sur le bruit qui affectent la fonctionnalité des réseaux

Réseaux de signalisation[1][modifier]

les cellules ont la capacité de recevoir et de traiter des signaux qui proviennent de l'extérieur afin de répondre aux changements dans leur environnement immédiat. Cette communication est rendue possible par des réseaux de signalisation et de transduction cellulaires. On en distingue 5 classes: intracrine, autocrine, juxtacrine, paracrine, endocrine selon l’origine et la cible des signaux, et 3 classes selon la molécule de signalisation (hormones, neurotransmetteurs, cytokines).

Réseaux métaboliques[1][modifier]

Ils représentent l’ensemble des réactions métaboliques de la cellule. Un réseau complet de plusieurs organismes, des bactéries à l’homme, peuvent être reconstruits grâce au séquençage et d’ailleurs plusieurs de ces réseaux sont disponibles dans plusieurs bases de données telles que KEGG. Il existe des réseaux métaboliques simplifiés (réaction, enzyme, substance), des réseaux de métabolites (uniquement de substances) et métabolites simplifiés (substances principales) ainsi que des réseaux d’enzymes…

Réseaux de co-expression des gène[1][modifier]

Ils permettent d’identifier les gènes qui sont contrôlés par la même régulation transcriptionnelle qui sont fonctionnellement liés, ou dont les gènes sont impliqués dans un processus biologique commun. Ces réseaux ne fournissent cependant aucune information sur les relations de causalité entre les gènes (activation ou inhibition). Ils sont constitués en 2 étapes principales: calcul d’une mesure de co-expression (matrice d’expression) et sélection d’un seuil de significativité (coefficient de corrélation de Pearson, distance euclidienne, corrélation de Spearman...)

Réseau Interaction protéine-protéine (PPI)[1][modifier]

Les protéines sont les principaux agents de la fonction biologique. Elles contrôlent les mécanismes moléculaires et cellulaires et par conséquent, déterminent les états sains et malades des organismes. Toutefois, elles ne sont pas fonctionnelles sous forme isolée, mais elles interagissent entre elles et avec d'autres molécules (par exemple, l'ADN et l'ARN) pour remplir leurs fonctions. Ainsi, l'étude des interactions des protéines est cruciale pour comprendre leur rôle à l'intérieur de la cellule. Comme ce type d'interactions peut être de plusieurs types, le terme d'interaction protéine-protéine fait référence à une variété d'événements se produisant à l'intérieur de la cellule.

En biologie moléculaire, un interactome est l'ensemble des interactions moléculaires dans une cellule particulière. Dans le cas des protéines, également connues sous le nom d’interactions protéines-protéines IPP. Les interactions basées sur les IPP doivent être associées au protéome de l'espèce correspondante afin de fournir une vue globale ("omique") de toutes les interactions moléculaires possibles qu'une protéine peut présenter[2]

Un réseau d'interaction protéine-protéine stocke les informations sur l'interactome protéine-protéine d'un organisme donné, c'est-à-dire l'ensemble de ses interactions protéine-protéine. Il a été suggéré que la taille des interactomes protéine-protéine augmente proportionnellement à la complexité biologique des organismes, aucun interactome protéine-protéine n'a été complètement identifié et, par conséquent, cette corrélation ne reste qu'une conjecture. En outre, les réseaux d'interaction protéine-protéine disponibles sont sujets à des erreurs, car les méthodes expérimentales utilisées pour découvrir les interactions peuvent inclure des faux positifs ou ne pas révéler certaines interactions existantes. Malgré cela, les réseaux d’interaction protéine-protéines sont particulièrement important dans de nombreux contextes:

  • L'analyse de ces réseaux facilite la compréhension des mécanismes qui déclenchent le début et la progression des maladies
  • les réseaux d'interaction protéine-protéine ont été utilisés pour découvrir de nouvelles fonctions des protéines[3] et pour identifier des modules fonctionnels et des modèles d'interaction conservés[4]
  • Certains travaux sur la structure des réseaux d'interaction protéine-protéine de plusieurs espèces ont permis de découvrir que, indépendamment de l'espèce, les réseaux d'interaction protéine-protéine sont sans échelle. Cela signifie que certaines protéines "hub" ont un rôle central participant à la majorité des interactions alors que la plupart des protéines, qui ne sont pas des "hubs", ne participent qu'à une petite fraction des interactions

Références[modifier]

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 et 1,5 (en) Valeria Fionda, « Networks in Biology », dans Encyclopedia of Bioinformatics and Computational Biology, Elsevier, (ISBN 978-0-12-811432-2, DOI 10.1016/b978-0-12-809633-8.20420-2., lire en ligne), p. 915–921
  2. (en) Diego Alonso-López, Miguel A. Gutiérrez, Katia P. Lopes et Carlos Prieto, « APID interactomes: providing proteome-based interactomes with controlled quality for multiple species and derived networks », Nucleic Acids Research, vol. 44, no W1,‎ , W529–W535 (ISSN 0305-1048 et 1362-4962, PMID 27131791, PMCID PMC4987915, DOI 10.1093/nar/gkw363, lire en ligne, consulté le 19 février 2021)
  3. (en) Valeria Fionda, Luigi Palopoli, Simona Panni et Simona E. Rombo, « A technique to search for functional similarities in protein-protein interaction networks », International Journal of Data Mining and Bioinformatics, vol. 3, no 4,‎ , p. 431 (ISSN 1748-5673 et 1748-5681, DOI 10.1504/IJDMB.2009.029205, lire en ligne, consulté le 19 février 2021)
  4. (en) Valeria Fionda et Luigi Palopoli, « Biological Network Querying Techniques: Analysis and Comparison », Journal of Computational Biology, vol. 18, no 4,‎ , p. 595–625 (ISSN 1066-5277 et 1557-8666, DOI 10.1089/cmb.2009.0144, lire en ligne, consulté le 19 février 2021)

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