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Réseaux génétiques

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Quelle est l'influence des interactions génétiques sur la santé et le développement?

Nos gènes déterminent toutes sortes de choses en nous, y compris notre prédisposition à de nombreuses maladies. Mais c’est seulement dans un nombre limité de cas que notre compréhension est suffisante pour savoir comment un changement génétique se propage dans le réseau d’interactions moléculaires et cellulaires pour finalement mener à la maladie.

Si nous arrivons à mieux comprendre le fonctionnement de ces interactions et le mode de propagation dans le système des effets des perturbations génétiques, nous serons mieux à même de cerner les causes fondamentales de nombreuses maladies génétiques complexes, comme l’autisme, l’asthme, la maladie d’Alzheimer et de nombreux cancers.

Le programme Réseaux génétiques du CIFAR est en train d’élucider des interactions génétiques et moléculaires pour mieux comprendre le fonctionnement et la défaillance des systèmes biologiques. Il a pour objectif de cartographier des réseaux complets d’interactions génétiques et moléculaires et d’exploiter ensuite ces données pour découvrir les règles qui régissent comment les gènes s’influencent les uns les autres, les facteurs environnementaux qui modifient ces interactions et comment les effets des changements génétiques se propagent dans les systèmes biologiques.

Chad L. Myers, Brenda J. Andrews, Charles Boone et leurs collègues ont créé une carte des interactions génétiques dans la cellule de levure. Les étiquettes indiquent les fonctions des différents réseaux génétiques. Image : revue Science
Chad L. Myers, Brenda J. Andrews, Charles Boone et leurs collègues ont créé une carte des interactions génétiques dans la cellule de levure. Les étiquettes indiquent les fonctions des différents réseaux génétiques. Image : revue Science

Le programme Réseaux génétiques réunit des généticiens et des biologistes moléculaires et computationnels qui travaillent avec une grande variété d’espèces, qu’il s’agisse de levures, de drosophiles, de vers, de souris ou d’humains. Comme l’évolution a conservé un grand nombre de gènes et d’interactions génétiques au fil de millions d’années – par exemple, l’humain et la levure partagent environ 40 pour cent de leurs gènes – des recherches sur des organismes plus simples peuvent nous aider à mieux comprendre l’être humain. Cette étude largement intégrée des réseaux génétiques est sans égal dans le monde entier. Elle a contribué à l’embauche d’éminents chercheurs qui ont maintenant la possibilité d’interagir et de collaborer avec de grands chercheurs d’autres pays. Grâce à ces travaux, les chercheurs sont en train d’élucider comment des réseaux d’interactions moléculaires assurent la médiation des effets de combinaisons de perturbations génétiques. De plus, ils produisent diverses cartes, comme celles de génomes personnels ou d’états de santé et de maladie. Le programme multidisciplinaire Réseaux génétiques a beaucoup profité des travaux d’avant-garde d’autres programmes du CIFAR. Par exemple, des chercheurs du programme ont eu recours à l’apprentissage profond – une technique d’apprentissage automatique créée par des boursiers du CIFAR au sein du programme Apprentissage automatique, apprentissage biologique (anciennement le programme Calcul neuronal et perception adaptative) – pour mieux prédire comment les changements génétiques mènent à la maladie humaine.

Une explosion récente dans les technologies de séquençage génétique a permis d’identifier un immense catalogue de gènes. Toutefois, il nous reste encore à comprendre comment l’information encodée dans les gènes, et le grand nombre d’interactions entre eux, donnent lieu aux traits et aux caractéristiques qui sont propres à chacun de nous. En mettant au point des méthodes qui prédisent des résultats directs, y compris la maladie, à partir de la constitution génétique complexe d’une personne, le programme contribue à jeter les bases qui mèneront à une médecine personnalisée en fonction du génome de chaque personne. Les chercheurs ont réalisé des progrès dans l’élucidation des causes de maladies issues d’un seul gène, comme la fibrose kystique et la maladie de Huntington. Toutefois, nous avons maintenant besoin de mieux comprendre comment plusieurs gènes subissent des mutations et modifient des réseaux d’interactions moléculaires et cellulaires pour causer des maladies plus complexes. Même s’il y a des centaines de variantes génétiques chez l’humain, plusieurs d’entre elles ne mènent à la maladie que dans des combinaisons spécifiques.

Les membres du programme, individuellement et collectivement, ont réalisé d’importants progrès dans la cartographie des interactions génétiques. Des cartes de réseaux partielles existent maintenant pour plusieurs organismes modèles, y compris deux espèces de levures différentes et le nématode. Des travaux de cartographie de cellules humaines en culture sont en cours. Les membres du programme ont analysé comment les interactions génétiques sont conservées entre les espèces, une question clé pour appliquer les connaissances des systèmes modèles à des organismes plus complexes, y compris l’humain. Les chercheurs du programme ont maintenant recours à de nouvelles cartes d’interactions génétiques et à des études sur la conservation pour se pencher sur de grandes questions relatives à l’évolution et mieux comprendre le fondement génétique de nombreuses maladies humaines.


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Davierwala, A.P. et coll. « The synthetic genetic interaction spectrum of essential genes. » Nature Genetics, 37 (2005) : 1147-52. RÉUMÉ

Redon, R. et coll., « Global variation in copy number in the human genome. » Nature, 444 (2006) : 444-454. RÉSUMÉ

Levy, S. et coll, « The Diploid Genome Sequence of an Individual Human. » PLoS Biology 5, 10 (2007) : e254. RÉSUMÉ

Y. Barash et al, « Deciphering the splicing code. » Nature 465, 7294 (2010) : 53–59. RÉSUMÉ

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