Réseaux de régulation génique
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Un réseau de régulation génique (ou génétique ) ( RRG ), réseau de régulation des gènes ou réseaux de régulation transcriptionnelle est un ensemble de régulateurs moléculaires qui interagissent entre eux et avec d'autres substances dans une cellule pour moduler l'expression génique de l'ARNm et des protéines qui, à leur tour, déterminent la fonction de la cellule. Les RRGs jouent un rôle central dans la morphogenèse, la création de structures corporelles, qui est un sujet phare de la biologie évolutive du développement.
L'ADN, l'ARN, les protéines ou des assemblage de celles-ci peuvent agir comme des régulateurs de manière directe ou indirecte (via l'ARN transcrit ou la protéine traduite).
En général, chaque molécule d'ARNm produit une protéine spécifique (ou un ensemble de protéines). Dans certains cas, cette protéine sera structurelle et s'accumulera au niveau de la membrane cellulaire ou à l'intérieur de la cellule pour lui conférer des propriétés structurelles particulières. Dans d'autres cas, la protéine sera une enzyme, c'est-à-dire une micro-machine qui catalyse une certaine réaction, telle que la dégradation d'une source alimentaire ou d'une toxine. Certaines protéines ne servent cependant qu'à activer d'autres gènes, et ce sont les facteurs de transcription qui sont les principaux acteurs des réseaux ou cascades de régulation. En se liant à la région promotrice au début d'autres gènes, ils les activent, initiant la production d'une autre protéine, et ainsi de suite. Certains facteurs de transcription sont inhibiteurs[1].
Dans les organismes unicellulaires, les réseaux de régulation répondent à l'environnement extérieur, optimisant la cellule à un instant donné pour sa survie dans cet environnement. Ainsi, une cellule de levure, se trouvant dans une solution sucrée, activera des gènes pour fabriquer des enzymes qui transforment le sucre en alcool[2]. Ce processus, que nous associons à la vinification, est la façon dont la cellule de levure gagne sa vie, gagnant de l'énergie pour se multiplier, ce qui, dans des circonstances normales, améliorerait ses perspectives de survie.
Chez les animaux multicellulaires, le même principe a été mis au service des cascades de gènes qui contrôlent la forme du corps[3]. Chaque fois qu'une cellule se divise, il en résulte deux cellules qui, bien qu'elles contiennent le même génome dans son intégralité, peuvent différer quant aux gènes qui sont activés et fabriquent des protéines. Parfois, une «boucle de rétroaction auto-entretenue» garantit qu'une cellule conserve son identité et la transmet. Le mécanisme de l'épigénétique par lequel la modification de la chromatine peut fournir une mémoire cellulaire en bloquant ou en permettant la transcription est moins compris. Une caractéristique majeure des animaux multicellulaires est l'utilisation de gradients de morphogènes, qui fournissent en fait un système de positionnement qui indique à une cellule où elle se trouve dans le corps, et donc quel type de cellule devenir. Un gène qui est activé dans une cellule peut fabriquer un produit qui quitte la cellule et se diffuse à travers les cellules adjacentes, y pénétrant et n'activant les gènes que lorsqu'il est présent au-dessus d'un certain seuil. Ces cellules sont ainsi induites dans un nouveau destin et peuvent même générer d'autres morphogènes qui renvoient un signal à la cellule d'origine. Sur de plus longues distances, les morphogènes peuvent utiliser le processus actif de transduction du signal. Une telle signalisation contrôle l'embryogenèse, la construction d'un plan corporel à partir de zéro à travers une série d'étapes séquentielles. Ils contrôlent et entretiennent également les corps adultes par le biais de processus de rétroaction, et la perte de cette rétroaction en raison d'une mutation peut être responsable de la prolifération cellulaire observée dans le cancer. Parallèlement à ce processus de construction de la structure, la cascade de gènes active des gènes qui fabriquent des protéines structurelles qui confèrent à chaque cellule les propriétés physiques dont elle a besoin.