Métabolomique et modèles métaboliques

La connaissance de la simple structure des réseaux d’interaction génique peut conduire à des hypothèses sur leur dynamique, que la construction d’un modèle permet ensuite d’expliciter et de confronter aux données expérimentales.

L’étude de motifs topologiques au sein d’un réseau hétérogène comprenant des interactions régulatrices et les interactions protéine-protéine a conduit à l’identification d’un système adaptatif de régulation chez la levure (Saccharomyces cerevisiae). La modélisation de ce système qui comporte une boucle de rétroaction a permis d’émettre de nouvelles hypothèses sur son fonctionnement. Les interactions entre le galactose et trois protéines, Gal3p, Gal80p et Gal4p, déterminent l’état transcriptionnel des gènes requis pour l’assimilation du galactose. Après une augmentation de la concentration de galactose, les molécules de galactose se lient à Gal3p. Cela résulte via Gal80p à l’activation de Gal4p qui ensuite induit la transcription des gènes GAL3 et GAL80. La boucle de rétroaction est fermée par la capture de Gal4p par les protéines Gal3p et Gal80p nouvellement synthétisées, ce conduit à la baisse de l’activité transcriptionnel de Gal4p. Si l’on considère le galactose comme le signal d’entrée, l’activité de Gal4p comme la sortie, le système se comporte comme un filtre dérivateur.

L’avantage pour la cellule d’un tel système est de ne produire les enzymes de dégradation du galactose qu’en juste proportion de la concentration en galactose dans le milieu. Le mécanisme permet également de maintenir la sensibilité sur une large plage de variation de la concentration en galactose, tout en limitant la quantité de récepteur nécessaire.