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Interactions protéine-protéine: Réseaux globaux à l’échelle atomique … … une approche de bio-informatique

Interactions protéine-protéine: Réseaux globaux à l’échelle atomique … … une approche de bio-informatique. Karsten Suhre IGS-CNRS. Sommaire. L’ « Interactome » Ontologie de gènes Bases de données Prédiction d’interactions protéine-protéine. L’ «  Interactome  ».

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Interactions protéine-protéine: Réseaux globaux à l’échelle atomique … … une approche de bio-informatique

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  1. Interactions protéine-protéine:Réseaux globaux à l’échelle atomique …… une approche de bio-informatique Karsten Suhre IGS-CNRS Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  2. Sommaire • L’ « Interactome » • Ontologie de gènes • Bases de données • Prédiction d’interactions protéine-protéine Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  3. L’ « Interactome » • Définition:Liste de toutes les interactions entre les macro-molécules d’une cellule : • Protéine – protéine • Protéine – ADN • Protéine – ARN • ARN – ADN • …. Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  4. L’ « Interactome » • Le nombre de gènes d’un génome ne semble pas être proportionnel à la complexité de l’organisme en question: • E.coli : ~ 4,200 gènes • Levure : ~ 6,400 gènes • H. sapiens ~ 30,000 gènes • La complexité d’un organisme est un résultat de la complexité de son « interactome » Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  5. Cartographier l’ « interactome » • Approches classiques « low throughput » • Co-Immunoprécipitation • Co-cristallisation • Génétique • … • Approches « high throughput » (méthodes à haut débit): • Yeast two-hybrid system • Tandem-Affinity Purification (TAP) tagging • HMS-PCI • … Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  6. Yeast two-hibrid system Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  7. Detection of protein associations in yeast using the two-hybrid system. a, Fusion of the 'bait' protein and the DNA-binding domain of the transcriptional activator cannot turn on the reporter gene. b, Likewise, fusion of the 'prey' protein and the activating region of the transcriptional activator is also insufficient to switch on the reporter gene. c, When 'bait' and 'prey' associate, however, the DNA-binding domain and activator region are brought close enough together to switch on the reporter gene. The result is gene transcription and a colour change that can be monitored. Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  8. Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  9. Homo-dimers Hétéro-dimers Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  10. Tandemaffinitypurification(TAP-tag) Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  11. Spectroscopie de masse à haute résolution: HMS-PCI Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  12. Des limitations à ne pas oublier • Protéines membranaires difficiles • Modifications des protéines natives (rajout de TAGs) • Repliement de domaines pas garanti • Milieu « non-natif » (ex. yeast double-hybrid) • Protéines paralogues • … Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  13. Cartographier l’ « interactome » • Approches classiques « low throughput »  plus fiable, mais aussi plus cher • Approches « high throughput » (méthodes à haut débit): • Yeast two-hybrid system • Tandem-Affinity Purification (TAP) tagging • HMS-PCI attention aux fausses positives et faux négatives !!! Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  14. Ontologie de gènes • Annotation des gènes dépend de l’organisme étudié • Difficile de comparer les réseaux d’interaction de manière automatique et objective • Pb. de paralogies • Langage d’annotation commun à développer •  GO et COG Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  15. Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  16. GO: Gene Ontology • http://www.geneontology.org/ • Effort collaboratrice dans l’annotation des organismes modèle (drosophile, levure, souris) • Objectif: description consistante de la fonction d’un gène • 3 vocabulaires structurés (+/- spécifique) : • molecular function • biological process • cellular component Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  17. GO: exemples des 3 vocabulaires • molecular function : • catalytic activity • transporter activity binding • adenylate cyclase activity • Toll receptor binding • biological process : • cell growth and maintenance • signal transduction • pyrimidine metabolism • alpha-glucoside transport. • cellular component : • rough endoplasmic reticulum • nucleus • ribosome • proteasome Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  18. biological process cellular component molecular function Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  19. COG: Cluster of OrthologousGroups http://www.ncbi.nlm.nih.gov/COG/ Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  20. COG genome1 genome2 genome1 genome2 genome1 genome2 COG: Critère du Mutual Best Match Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  21. Non COG: Liens entre trois génomes Genome 1 Genome 2 Genome 3 Genome 4 Oui Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  22. COG: résumé • Généralisation de la notion d’un gène à celle d’un COG • « Abstraction » du génome d’origine • Classification fonctionnelle (rudimentaire) • … et plus encore: • Profiles phylogénomique (simple) • Contexte génomique • Alignements multiples Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  23. Annotation de gènes avec des ontologies • GO (Gene Ontology) plutôt adapté aux eucaryotes • COG (Cluster of Orthologous Groups) plutôt adapté aux procaryotes • … mais il y a de la convergence ! Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  24. L’ « interactome » dans les bases de données dédiées • DIP Database of Interacting Proteins • EMBL-EBI Interact • BIND Biomolecular Interaction Network Database • MIPS Mammalian Protein-Protein Interaction Database • GRID General Repository for Interaction Datasets Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  25. DIP • Database of Interacting Proteins • http://dip.doe-mbi.ucla.edu/ Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

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  30. Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  31. CheZ CheA CheY FliG FliM ArcB FliN Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

  32. EMBL-EBI Interact • http://www.ebi.ac.uk/intact/ Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

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  38. BIND • Biomolecular Interaction Network Database • http://bind.ca/ Interactions protéine-protéine, Karsten Suhre, 18 Octobre 2004

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