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Fait marquant

L’architecture d’un système complexe : le réseau de régulation de l’expression du génome



Des chercheurs de notre laboratoire proposent une architecture en nœud de lavallière pour rendre compte de la complexité des systèmes biologiques et plus particulièrement de la régulation de l'expression des gènes, en intégrant transduction du signal, miARN et expression des protéines.

Publié le 12 mai 2016
Le biologiste se sent parfois submergé face à la complexité écrasante des systèmes biologiques, même d’une seule cellule, notamment lorsqu’il s’agit de comprendre les éléments clés conduisant à des évènements rares tels que le passage à une forme pathologique de la cellule (oncogenèse, dégénérescence, infection, etc…). Pour comprendre les systèmes complexes, il est essentiel de caractériser leurs principes d‘organisation : les théories sous-jacentes, les règles qui les régissent et en particulier les protocoles, c’est à dire les règles et les interfaces à travers lesquelles les différents modules d’un système complexe interagissent. Le cadre global d’organisation de ces protocoles définit l’architecture d’un système complexe.

Depuis le début des années 2000, il a été observé que la plupart des systèmes complexes technologiques présentent une architecture en nœud papillon. C’est le cas des pages Internet par exemple. L’analyse d’Altavista (200 millions de pages et 1,5 milliards de liens analysés en 1999) montre l’existence d’une zone centrale où chaque page est accessible en suivant les liens émanant de pages de la même zone (même s’il faut suivre plusieurs centaines de liens pour y parvenir). Une deuxième zone (IN) est composée de pages qui permettent d’accéder aux pages de la zone centrale mais qui ne sont pas accessibles depuis les pages de la zone centrale. Enfin, une troisième zone (OUT), composée de pages qui sont accessibles depuis la zone centrale, mais dont les pages ne renvoient pas vers les pages de la zone centrale. De même, la fabrication industrielle en générale ou la construction présentent une structure en nœud papillon avec de multiples matériaux bruts transformés (IN) en quelques briques de construction qui sont ensuite assemblées (OUT) en une multitude de produits. Les travaux de Csete et Doyle en 2004 [Ref], ont montré pour la première fois que ces principes d’organisation pouvaient s’appliquer à la biologie et notamment aux réseaux métaboliques bactériens, apportant efficacité, robustesse et capacité d’évolution (deux propriétés difficiles à concilier) aux systèmes biologiques complexes.

À notre tour, nous avons cherché à déterminer si les mêmes principes pouvaient s’appliquer à la régulation de l’expression des gènes chez les eucaryotes. Nous proposons une architecture un peu plus complexe : une architecture en nœud de lavallière (Figure), un nœud papillon à 4 ailes, qui décrit assez précisément les protocoles clés de la régulation de l’expression du génome. Le nœud de lavallière intègre gènes codants, non-codants et flux d’information venant du microenvironnement cellulaire. Cette architecture, qui apporte robustesse et capacité d’évolution, permet aussi de générer de nombreuses hypothèses testables sur le fonctionnement cellulaire normal ou à la dérive vers des formes pathologiques de la cellule. Enfin, elle met en évidence des zones de fragilité qui pourraient ouvrir de nouvelles pistes thérapeutiques.


Une architecture en nœud lavallière qui intègre le réseau de miRNA dans un plus large réseau de régulation de l’expression des gènes. Au sein de cette organisation 3 ailes regroupent les acteurs moléculaires, la quatrième traite le flux d’information venant du microenvironnement. Au cœur du nœud lavallière la machinerie de transcription et de traduction (Trans*) est composée de quelques polymérases et de composants universels (nucléotides, acides aminés, ribosomes, etc..).

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