Evolution et topologie des réseaux biologiques

Evolution et topologie des réseaux biologiques
Kirill Evlampiev, Marco Cosentino-Lagomarsino, Hervé Isambert
RNA dynamics and Biomolecular Systems Lab, CNRS UMR168, Institut Curie, Paris.
Le séquencage de génomes complets ces dix dernières années a clairement établi que les
organismes vivants possèdent finalement assez peu de gènes, qui plus est souvent homologues
entre eux au sein d’un même génome et très largement conservés d’une espèce à l’autre. Un
génome contient ainsi typiquement quelques milliers à quelques dixaines de milliers de gènes,
tous batis à partir de quelques centaines à quelques milliers de familles de domaines protéiques.
Ceci est d’abord la marque du rôle des processus de duplication-divergence des gènes dans
l’émergence et l’évolution des espèces, Fig.1. C’est ensuite la nécessité d’aborder la question
de la diversité des espèces et de leur fonctionnement cellulaire non pas en terme de gènes
indépendants mais plutôt en terme de combinatoire de l’expression de ces gènes.
L’introduction de réseaux biologiques moléculaires permet d’étudier certains aspects de ces
interdépendances souvent complexes entre partenaires moléculaires au cœur du fonctionnement
cellulaire (ex réseaux d’interaction protéine-protéine, réseaux de transcription génétique, réseaux
de transduction du signal).
Nous discuterons, en particulier, comment les mécanismes de duplication-divergence à toutes
échelles génomiques (des gènes individuels aux génomes entiers, Fig1) et les asymétries et
brisures de symétrie résultantes ont contribué à façonner la topologie et la conservation des
grands réseaux biologiques.
X. laevis
Carp
−2,500 / 4,000 ??
chordates
animals
x2
x2
tetrapods 28,000
x2
x2
vertebrates 52,000
1,200,000
x2
flowering
275,000
x2
x2
x2
other 55,000
x2
x2
x2
bony fish 24,000
330,000
mammals 5,500
birds 10,000
reptiles 8,000
x2
B. napus Paramecium
others (protists) 30,000
−1,000
choanoflagellates
−500
fungi 100,000
−450
viruses
bacteria >10,000,000 ??
archea
−350
P. trichocarpa A. thaliana
plants
−300
Tetraodon
x2
amphibia 6,000
−250
x2
dinosaurs
x2
−150
H. sapiens T. barrerae X. tropicalis
tunicates 500
−20
−30
Ciona
dinosaurs,
Nadis N. viridulus
jellyfish, mollusca, spiders, crabs, insects, 900,000
K. lactis S. cerevisiae
MYA
x2
eukaryotes
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Figure 1: Duplications de génomes entiers (”×2”) au cours de l’évolution des eucaryotes.
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