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5   Travaux de recherche connexes 87

6.1   Résumé des principaux résultats de recherche 152

6.1.2   Modélisation des interactions miARN/ARNm 156

Dans  le  cadre  de  la  deuxième  approche  de  modélisation,  l'intérêt  était  centré   sur  les  interactions  entre  les  miARN  et  les  ARNm.  Ces  travaux  ont  permis  d'élaborer   un  modèle  prédisant  quels  ARNm  sont  touchés  par  l'augmentation  ou  la  diminution   d'un  miARN.  Similairement,  le  modèle  proposé  permet  de  prédire  les  effets,  à  travers   le  réseau  de  miARN,  du  changement  d'un  ARNm  sur  tous  les  autres  ARNm.  Nous  avons   également   pu   émettre   l'hypothèse   que   les   miARNs   peuvent   modifier   un   groupe   fonctionnel   de   gènes.   Le   modèle   développé   lors   de   ces   travaux   est   unique   et   ses   prédictions  ne  peuvent  être  faites  par  aucun  autre  outil  existant.  

Cette   amélioration   dans   la   précision   des   prédictions   est   due   à   un   important   changement  de  paradigme.  Les  résultats  des  premiers  travaux  de  recherche  de  cibles  

de  miARN  semblaient  montrer  que  lorsqu'un  miARN  cible  un  ARNm  donné  dans  un   contexte  donné,  alors  il  le  cible  dans  tous  les  contextes  et  chez  toutes  les  espèces.  Des   travaux   plus   récents   indiquent   par   contre   que   ceci   n'est   pas   toujours   le   cas.   Le   nouveau  paradigme  qui  a  été  développé  pour  la  deuxième  modélisation  est  basé  sur   l'hypothèse   qu'un   miARN   peut   cibler   des   ensembles   différents   d'ARNm   dans   des   contextes   différents.   Ce   changement   de   paradigme   a   mené   à   la   considération   des   quantités  de  miARN  et  d'ARNm  dans  la  prédiction  des  cibles  de  miARN.  Le  fait  que  la   précision   des   prédictions   augmente   avec   ce   changement   de   paradigme   et   des   évidences   expérimentales   récemment   publiées   (Khan,   Betel   et   al.   2009,   Arvey,   Larsson  et  al.  2010,  Mukherji,  Ebert  et  al.  2011)  supportent  l'hypothèse  à  la  base  de   celui-­‐ci.  Les  conséquences  de  ces  travaux  de  recherche  sont  importantes.    

Cette  modélisation  met  tout  d'abord  en  évidence  la  dépendance  des  cibles  d'un  miARN   au  contexte  cellulaire  définit  par  la  quantité  de  chacun  des  miARN  et  des  ARNm.  Ce   phénomène  a  également  été  observé  par  d'autres  équipes  (Arvey,  Larsson  et  al.  2010,   Mukherji,  Ebert  et  al.  2011,  Bossel  Ben-­‐Moshe,  Avraham  et  al.  2012).  En  d'autres  mots,   ces   résultats   impliquent   qu'une   cible   de   miARN   dans   un   contexte   ne   l'est   pas   nécessairement   dans   un   autre   contexte.   Il   convient   donc   d'être   circonspect   lors   de   l'extrapolation   de   résultats   expérimentaux   réalisés   dans   un   contexte   vers   un   autre   contexte.   Cette   dépendance   au   contexte   cellulaire   implique   également   qu'une   observation   faite   dans   une   lignée   cellulaire  peut   très   bien   ne   pas   être   reproductible   dans   des   cellules   primaires   puisque   celles-­‐ci   représentent   des   contextes   très   différents   d'une   lignée   cellulaire.   Dans   le   même   ordre   d'idée,   une   observation   faite   chez  la  souris  ne  peut  être  facilement  extrapolée  à  l'être  humain,  entre  autres  parce   que   les   régions   3'UTR,   des   régions   hautement   ciblées   par   les   miARN,   ne   sont   généralement   pas   bien   conservées   entre   les   espèces.   Dans   un   contexte   de   développement  de  thérapies  basées  sur  le  mécanisme  d'action  des  miARN,  il  semble   qu'il  soit  difficile  de  définir  un  bon  système  dans  lequel  réaliser  les  tests  préliminaires.   Cette   dépendance   implique   également   qu'une   modification   du   contexte   cellulaire,   qu'elle   soit   naturelle   (comme   dans   le   cas   de   différenciation   cellulaire)   ou   artificielle  

 

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(par  modifications  des  quantités  de  miARN  ou  d'ARNm  dans  le  cadre  d'expériences)   mène   à   une   réorganisation   parfois   très   importante   de   l'association   miARN/ARNm.   Cette   réorganisation   signifie   que   l'analyse   et   la   compréhension   des   résultats   expérimentaux   après   modification   du   contexte   cellulaire   peut   être   ardue,   voire   impossible   sans   la   connaissance   du   réseau   d'interactions   présent   avant   et   après   la   modification.  Il  convient  également  de  noter  que  cette  réorganisation  mène  souvent  à   des   effets   secondaires   sur   certains   ARNm.   C'est   le   cas,   par   exemple,   lorsque   l'augmentation  d'un  miARN  fait  en  sorte  que  celui-­‐ci  cible  un  ARNm  à  un  endroit  qui   serait,  sinon,  ciblé  par  un  autre  miARN.  Cet  autre  miARN  cible  alors  un  ARNm  qui  ne   serait  pas  ciblé  si  l'augmentation  du  premier  miARN  n'avait  été  faite.  L'observateur  ne   perçoit  alors  que  la  diminution  du  deuxième  ARNm  et  conclut  donc,  à  tort,  que  celui-­‐ci   est  une  cible  du  premier  miARN  alors  que  la  véritable  cible  de  ce  miARN,  à  la  base  de   cet   effet   secondaire,   ne   diminuant   pas   n'est   donc   pas   observée.   Il   est   cependant   possible   de   séparer   les   effets   directs   des   effets   secondaires   lorsque   l'analyse   des   résultats   expérimentaux   est   faite   en   combinaison   de   l'analyse   des   résultats   de   la   même  expérience  faite  virtuellement.    

Le   changement   de   paradigme   nécessaire   à   la   modélisation   des   interactions   miARN/ARNm   nécessite   une   quantification   de   chacun   des   miARN   et   ARNm.   Pour   obtenir   ces   quantités,   nous   avons   utilisé   les   données   publiques   de   micro-­‐puces.   Plusieurs   problèmes   connus   sont   associés   à   cette   technologie.   Tout   d'abord,   la   quantification   relative   des   divers   ARNm   est   biaisée   par   la   longueur   de   ceux-­‐ci.   Ce   problème   n'est   pas   présent   dans   la   quantification   des   miARN   puisque   ceux-­‐ci   présentent   tous   sensiblement   la   même   longueur.   Ensuite,   avec   cette   technologie,   il   n'est   possible   de   quantifier   que   ce   qui   est   connu.   Ce   problème   est   particulièrement   criant   dans   le   cas   des   micro-­‐puces   de   miARN   puisque   de   nouveaux   miARN   sont   régulièrement   isolés.   Une   solution   à   ce   problème   est   d'utilisé   des   données   de   séquençage  à  haut  débit  qui  peuvent  identifier,  dans  un  échantillon,  des  ARN  encore   inconnus.   Par   contre,   la   petite   taille   des   miARN   pose   encore   quelques   difficultés   techniques  lors  du  traitement  informatique  des  données  de  séquençage,  entre  autres  

parce  qu'il  est  difficile  de  départager  un  miARN  inconnu  faiblement  exprimé  de  divers   produits  de  dégradation  de  l'ARN.  De  plus,  peu  de  jeux  de  données  sont  présentement   disponibles   où   un   même   type   cellulaire   a   été   séquencé   autant   pour   les   ARNm   que   pour  les  miARN,  idéalement  sur  la  même  plateforme.    

Un  autre  problème,  présent  autant  dans  les  résultats  obtenus  par  micro-­‐puce  que  par   séquençage  à  haut  débit  est  que  ces  expériences  ne  donnent  que  des  données  relatives   d'un   ARN   par   rapport   aux   autres.   Dans   notre   modélisation,   il   serait   possible   de   n'utiliser  que  des  données  relatives.  Cependant,  les  deux  techniques  de  quantification   ne   peuvent   être   faites   simultanément   pour   les   ARNm   et   les   miARN.   Les   ARNm   sont   typiquement  isolés  par  sélection  des  transcrits  polyadénylés,  ce  qui  permet  d'éliminer   les   ARNr   et   les   ARNt   qui   sont   tellement   abondants   qu'il   ne   serait   pas   possible   d'obtenir  de  bons  résultats  de  quantification  des  ARNm  sans  cette  étape.  Cependant,   les  miARN  ne  possèdent  pas  cette  caractéristique  et  doivent  donc  être  isolé  par  une   sélection  basée  sur  la  taille  de  ceux-­‐ci.  Au  final,  deux  expériences  différentes  doivent   donc  être  faites  pour  quantifier  les  ARNm  et  les  miARN  ce  qui  donne  deux  ensembles   de   quantifications   relatives.   Pour   notre   modélisation,   ces   quantifications   relatives   doivent   être   ramenées   dans   un   même   espace   comparable   et   doivent   donc   être   transformées  (par  exemple  en  quantifications  absolues  soit  en  nombre  de  copies  par   cellules)   en   considérant,   entre   autre,   la   quantité   d'ARN   utilisé,   l'efficacité   de   la   réaction   de   transcription   inverse   et   la   quantité   d'ARN   dans   une   cellule   du   type   cellulaire  à  l'étude.    

La   modélisation   faite   ici   prédit   ce   qui   se   passerait   si   une   cellule   ayant   exactement  les  quantités  d'ARN  tel  que  défini  dans  les  données  d'entrées.  Cependant,   toutes   les   cellules   ne   sont   pas   absolument   identiques.   Pour   représenter   cette   diversité,  il  serait  intéressant  de  faire  varier  les  quantités  de  chacun  des  transcrits  (de   ±10%  par  exemple)  et  de  moyenner  les  effets  de  plusieurs  dizaines  de  modélisation.   Ceci  permettrait  d'obtenir  des  prédictions  plus  robustes.  

 

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L'un  des  problèmes  les  plus  importants  de  la  prédiction  de  cibles  de  miARN  est   qu'il  est  présentement  difficile  d'établir  l'étendue  du  nombre  de  cibles  effectivement   utilisées   par   la   cellule.   Ce   problème   sera   peut   être   contré   par   le   développement   de   méthodes   expérimentales   permettant   de   déterminer   de   façon   directe,   précise   et   rapide  toutes  les  cibles  d'un  miARN.  Une  variante  de  la  technique  du  PAR-­‐CLIP  (qui  ne   permet  pas  d'assigner  un  miARN  spécifique  à  un  site  de  liaison  de  miARN  identifié  sur   un   ARNm)   qui   utiliserait   des   anticorps   reconnaissant   spécifiquement   un   miARN   pourrait   remédier   à   ce   problème   et   fournir   des   jeux   de   données   complets   avec   lesquels  tester  et  améliorer  les  outils  de  prédictions  de  cibles  de  miARN.  

6.1.3 La   modélisation   en   tant   qu'outil   d'étude   en   biologie  

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